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Einrichtung zum Parallelschalten von Wechselstromnetzen Die bekannten
Parallelschalteinrichtungen sind wegen der bei der Herstellung erforderlichen Genauigkeit
teuer und im Betrieb wegen der unvermeidlichen Abnutzung und Reibung der beweglichen
Teile unzuverlässig. Eine Parallelschaltvorrichtung, die keine beweglichen Teile
besitzt, somit keiner Abnutzung unterliegt und doch zugleich einfach und billig
ist, würde demnach einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem Bisherigen bedeuten.
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Eine solche Einrichtung zeigt die Erfindung. Sie besteht in einem
Elektronenrelais, dessen Heizdraht von den Spannungen der beiden parallel zu schaltenden
Systeme beeinflußt wird, während der Parallelschalter in Abhängigkeit von den Betriebszuständen
des Anodenstromkreises gesteuert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel einfachster Art zeigt Abb. i. Hier bedeuten
i, a und 3, 4 zwei Wechselstromsysteme, die durch einen Schalter 5 miteinander verbunden
werden sollen. Dieser hat eine Betätigungsspule 6. Von jedem der beiden Systeme
wird über die Schalter 9 und io ein Transformator 7 bzw. 8 gespeist; die Sekundärwicklungen
dieser Transformatoren sind auf den Heizdraht eines Elektronenrelais i i geschaltet,
und zwar derart, daß die Sekundärspannungen sich in dem Heizdrahtstromkreis addieren.
Der Anodenstromkreis des Relais i i ist über das Relais 6 und eine Batterie 12 geschlossen.
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Mit dieser Anordnung kann folgendermaßen parallel geschaltet werden
Zunächst werden die Schalter 9 und io, sei es von Hand, sei es selbsttätig, geschlossen.
Dann fließt im Stromkreis des Heizdrahtes ein Strom, der proportional der Summenspannung
der beiden parallel zu schaltenden Systeme ist. Das Relais i i und die Konstanten
des Heizstromkreises sind nun so bemessen, daß ein Anodenstrom durch das Relais
i i nur dann fließt, wenn die Vektorsumme aus den Sekundärspannungen der Transformatoren
7 und 8 einen vorbestimmten Wert erreicht. In diesem Falle wird das Relais 6 erregt
und der Schalter 5 geschlossen.
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In Abb. 3 stellt die Strecke B-0 den Spannungsvektor des Systems i,
-? und die Strecke 0-A den Spannungsvektor des Systems 3, 4 dar. Sind die
beiden Systeme in Synchronismus, so hat die Summenspannung den größten Wert, der
durch den Kreis um B mit dem Radius B-A dargestellt ist. Dreht sich der Vektor
0-A um den Punkt 0 bis zu der Stellung 0-A' bzw. 0-A", so ist klar, daß die
Strecke
B-A' bzw. B-A", welche jetzt die resultierende Spannung darstellt, kleiner ist als
die Strecke B-A. Wenn daher das Maximum der Spannung im Stromkreis des Heizdrahtes
erreicht ist, so ist dies gleichzeitig ein Beweis dafür, daß die beiden Systeme
sich im Synchronismus befinden. Das Ansprechen des Relais 6 auf das Maximum der
im Heizstromkreis auftretenden Spannung erfolgt daher nur bei Synchronismus.
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In Abb. 2 bedeuten die Bezeichnungen i bis 12 dasselbe wie in Abb.
i. Der Heizstrom wird hier jedoch durch einen Transformator 13 auf den Heizdraht
des Elektronenrelais i i übertragen, und die Transformatoren 7 und 8 sind hier so
geschaltet, daß der Heizstrom der Differenz der Spannungen in beiden Systemen proportional
ist. Der Anodenstromkreis wird über ein Relais 14 geschlossen, dessen Kontakte 15
im Stromkreis des Steuerrelais 6 für den Parallelschalter 5 liegen. Der Steuerstromkreis
dieses Schalters wird durch eine Batterie 16 gespeist und ist außerdem über einen
Schalter 15a geführt.
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Das Diagramm der Abb. q. veranschaulicht die Spannungsverhältnisse
der Anordnung nach Abb. 2. Die Bezeichnungen sind wieder dieselben wie im Diagramm
der Abb. 3. Normalerweise wird somit ein Heizstrom proportional der Größe B-A' fließen,
der durch Regeln an den Maschinen der Systeme bis auf den Betrag 13-A vermindert
werden kann. In diesem Zustand ist noch ein Phasenwinkel v. vorhanden, der klein
genug ist, damit die Parallelschaltung vor sich gehen kann. Der Heizstromkreis und
das Relais ii sind daher so bemessen, daß die Unterbrechung erfolgt, sobald der
Heizstrom den Betrag B-A unterschreitet. Demnach wirkt die Anordnung der Abb. 2
wie folgt: Sind die beiden Systeme beim Schließen der beiden Schalter 9 und 1o noch
nicht im Synchronismus, so wird ein der vektoriellen Differenz der Systemspannungen
proportionaler Heizstrom das Relais i i erregen und einen Anodenstrom durch die
Röhre i i fließen lassen, der das Relais 14. anzieht. Schalter 15a, der zunächst
noch geöffnet war, wird nun geschlossen. Sobald jetzt, durch Regeln an den Maschinen
der beiden Systeme ein dem Winkel a der Abb. q. entsprechender Zustand erreicht
ist, sinkt der Differenzstrom zur Beheizung des Relais i i bis auf den Betrag A-B
der Abb. 4; das Relais 14 wird entregt und schließt den Kontakt 15. Damit zieht
Spule 6 an.
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Die Anordnung der Abb. 5 dient dazu, das Relais 14. der Anordnung
nach Abb. 2 unabhängig von der wechselnden Spannung des Anodenstromes einstellen
zu können. Nach Abb. 5 wird der Anodenstromkreis durch die Anodenbatterie i2 und
den einstellbaren Widerstand R gebildet. Parallel zu diesen beiden Elementen ist
eine weitere Batterie 12', ein regelbarer Widerstand R' und das Relais 17 geschaltet.
Dieses Relais hat, sobald es seine Kontakte 18 schließt, dieselbe Wirkung wie das
Relais 1,4 der Abb. 2. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 7 und 8 sind hier
in derselben Weise wie in Abb. 2, also auf Spannungsdifferenz geschaltet; demzufolge
wird bei großer Winkelabweichung der beiden Systeme ein kräftiger Heizstrom durch
den Heizdraht des Elektronenrelais i i fließen, der einen Anodenstrom zur Folge
hat. Der Anodenstrom wird allein durch die Batterie 12 geliefert. Die Batterie 12'
trägt hierzu nichts bei, weil sie mit ihrem negativen Pol gegen die Anode des Elektronenrelais
geschaltet ist. Da das Relais i i auch als Gleichrichter wirkt, so ist der Stromdurchgang
in der umgekehrten Richtung gesperrt. Anderseits arbeiten die Batterien 12 und 12'
gemeinsam auf das Relais 17. Dieser Stromkreis wird so abgestimmt, daß das Relais
17 seinen Anker erst anziehen kann, wenn durch seine Spule der gesamte Entladestrom
der vereinigten Batterien 12 und 12' fließt. Dies ist erst darin der Fall, wenn
die Heizspannung des Relais i i auf den Betrag A-B der Abb. ,4 zurückgegangen ist.
In diesem Augenblick wird nämlich der Anodenstromkreis durch das Relais ri unterbrochen,
und der volle Entladestrom der Batterie 12 fließt nunmehr mit dem der Batterie 12'
durch die Spule des Relais 17.
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In Abb. 6 ist nur eine einzige Anodenbatterie i2 verwandt, die über
einen Widerstand R und über das Elektronenrelais i i auf das Relais i9 arbeitet.
Parallel zu R und 12 ist ein Widerstand R" und das Relais 17 geschaltet. Die Kontakte
i8 des Relais 17 und 2o des Relais i9 unterbrechen den Stromkreis der Steuerspule
6 für den Parallelschalter 5, der von der Batterie 16 gespeist wird. Der Anker des
Relais i9 wird in seiner angehobenen Stellung durch die Sperrklinke 2o11 gesperrt.
Ferner ist parallel zu dem Heizdraht des Relais i i eine Eisendrossel 21 geschaltet,
die bereits bei niedriger Spannung gesättigt ist. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren
7 und 8 sind auf Differenzspannung geschaltet. Das demnach bei Phasenopposition
auftretende Maximum des Heizstromes wird durch die Drosselei begrenzt.
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Nach Schließung der Schalter 9 und io wirkt hier, ebenso wie in Abb.5,
ein denn Phasenwinkel der beiden Systeme proportionaler Heizstrom. Dieser erzeugt
in Verbindung mit der Anodenbatterie i2 einen
Anodenstrom, der zunächst
das Relais i9 zum Ansprechen bringt. Das Relais i9 zieht seinen Anker an und schließt
seine Kontakte 2o. Der angezogene Anker wird am Zurückfallen durch die Sperrvorrichtung
2oa gehindert. Sobald die Systeme annähernd in Synchronismus gekommen sind, verschwindet
der Heizstrom oder erreicht einen so geringen Wert (vgl. hierzu Abb. 4.), daß das
Relais ii den Anodenstrom unterbricht. Nunmehr fließt der gesamte Entladestrom der
Batterie 12 über die Widerstände R und R" durch das Relais 17, das jetzt anspricht.
Damit wird Kontakt 18 geschlossen, Relais 6 erregt und der Schalter 5 eingeschaltet.
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In der Anordnung der Abb.7 sind die Transformatoren 7 und 8 auf Summenspannung
geschaltet. Das Relais i i spricht demnach auf das Maximum A-B der Abb. 3 an. In
den Stromkreis der Heizspule des Relais i i ist hier ein Widerstand 23 von hohem
Temperaturkoeffizienten geschaltet; dieser Widerstand wird von der an das System
i, 2 angeschlossenen Spule 22 beheizt. Steigt nun z. B. die Spannung des Systems
i, 2 über die Spannung des Systems 3, 4, so wird auch gleichzeitig der die Heizspule
22 durchfließende Strom entsprechend größer. Der Widerstand 23 wird demzufolge stärker
geheizt und erhöht seinen Widerstand. Die Widerstandszunahme kann so groß gehalten
werden, daß der Ideizstrom den zum Ansprechen des Relais erforderlichen Betrag erst
dann erreicht, wenn die Systeme in genauem Synchronismus sind. Sinkt umgekehrt die
Spannung des Systems i, 2 unter einen gewissen normalen Betrag, so vermindert sich
der Widerstand 23 entsprechend, und der Heizstrom für das Relais r i ist nunmehr
größer, als wenn kein Widerstand vorhanden wäre. Gemäß dem Diagramm (Abb.3) kann
hier das für die Parallelschaltung der Systeme erforderliche Maximum A-B auch bei
größerer Phasenabweichung erreicht werden. Dieser letztere Fall hat besondere Bedeutung,
wenn in dem Netzteil i, 2 z. B. die Spannung (sei es infolge Hinzutretens neuer
Verbraucher, sei es infolge Ausfalles von auf das Netz i, 2 arbeitenden Generatoren)
plötzlich heruntergeht und eine rasche Zuschaltung des auf das System 3, 4 arbeitenden
Generators erforderlich ist. In diesem Falle wird das Maximum B-A, das für die Parallelschaltung
erforderlich ist, früher erreicht als bei Fehlen des Widerstandes. Die Parallelschaltung
erfolgt deshalb rascher. Allerdings muß hierbei ein größerer Differenzwinkel a der
Systeme in Kauf genommen werden als sonst.
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Durch entsprechende Ausgleichseinrichtungen im Heizstromkreis des
Relais i i läßt sich der Einfluß von Spannungsschwankungen eines der beiden Systeme
in beliebiger Weise kompensieren.
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In Abb. 8 bedeutet 25 ein normales Synchronoskop, dessen Anzeigevorrichtung
aus einem beweglichen Zeiger 26 und einem festen Kontakt 27 besteht. Die Anzeigevorrichtung
dieses Synchronoskops wird in normaler Weise über die an die beiden Systeme i, 2
und 3, 4. angeschlossenen Transformatoren 7 und 8 bewegt. Die Kontaktstellung (Zeiger
26 über Kontakt 27) entspricht dem Synchronismus. In dieser Stellung wird der Heizstromkreis
des Elektronenrelais i i über die Sekundärwicklung des Transformators 24, der an
das System 3, 4 angeschlossen ist, geschlossen. Dauert der Kontakt 26, 27 lange
genug, so wird die Heizspule des Relais ii genügend stark erwärmt, um einen Anodenstrom
durchzulassen. Dieser schließt den Schalter 5 mittels des Relais 6.
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Durch Änderung der Länge des Kontaktsegmentes 27 kann die zulässige
Differenz. in den Frequenzen der Systeme, bei der noch eine Parallelschaltung erfolgen
kann, geändert werden. Ähnlich können durch eine Änderung der Lage des Kontaktes
27 auf der Anzeigevorrichtung des Synchronoskops die Relativstellungen der Spannungsvektoren
beim Parallelschalten geändert werden.
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Das Synchronoskop kann auch mit einer beweglichen Vorrichtung versehen
sein, die eine Öffnung hat, durch welche ein Lichtstrahl einen lichtempfindlichen
Apparat beeinflussen kann, der seinerseits den Heizstromkreis steuert. Mit Hilfe
einer solchen Einrichtung könnte die Reibung auf ein Minimum vermindert werden.