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Verfahren zur elektrischen Regelung von Betriebsgrößen Der Betrieb
von Steuerungseinrichtungen erfolgt in der Regel so, daß der Augenblickswert einer
zu steuernden Betriebsgröße, wie eines Druckes, einer-Temperatur oder einer Leistung,
fortlaufend mit deren Sollwert verglichen wird und daß bei Abweichung beider Werte
voneinander eine Verstellung eines Steuerorganes von Hand oder selbsttätig bewirkt
wird. Als Steuerorgane finden namentlich Verwendung: Handräder, Gleitkontakte und
Stufenschalter.
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Dieses Verfahren ist aber dann unzulänglich, wenn die Steuerungseinrichtung
mehr als eines Steuerprinzipes (Grundzustandes) fähig ist, so daß ein und dieselbe
Verstellung eines Steuerorganes nicht immer dieselbe gesetzmäßige Wirkung auf eine
der steuerbaren Betriebsgrößen ausübt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, für den Betrieb einer Steuerungseinrichtung,
bei welcher der Blindleistungsfluß durch von der Blindleistung oder dem Leistungsfaktor
gesteuerte Regler geregelt wird, nachzuprüfen, ob der Blindleistungsfluß der Arbeitsrichtung
des gesteuerten Reglers folgt, und beim ersten Abweichen den gesteuerten Regler
außer Wirksamkeit zu setzen.
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Gemäß der Erfindung wird in einer elektrisch wirkenden, wenigstens
zwei Steuerprinzipien enthaltenden Steuerungseinrichtung die Steuerungseinrichtung
auf ein anderes Steuerprinzip übergeführt, wenn bei der Verstellung eines Regelorganes
die tatsächlich auftretende Änderung einer Betriebsgröße nicht mit derjenigen Änderung
übereinstimmt, die sich auf Grund des bisherigen Steuerprinzips einzustellen pflegt,
worauf selbsttätig oder von Hand das frühere Steuerprinzip wieder aufgenommen wird.
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Bei einer selbsttätigen Durchführung des neuen Verfahrens nach der
Erfindung wird bei Abweichen der bei Verstellung des Steuerorganes auftretenden
Änderung einer Betriebsgröße (Ist-,vert) von der Änderung, die bei Voraussetzung
eines bestimmten Betriebszustandes der Anlage zu erwarten war (Soll= wert), eine
Verstellung eines Organes bewirkt, von welchem die Umstellung auf ein anderes Steuerprinzip
abhängig gemacht wird.
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens von Hand ist derart
geschaffen, daß das Abweichen der auftretenden Änderung von der erwarteten nur angezeigt,
aber die Umschaltung auf das andere Steuerprinzip von Hand ausgeführt wird. Diese
Umschaltung kann z. B. auch darin bestehen, daß der die Anlage Bedienende auf ein
anderes Sollprogramm übergeht oder Maßnahmen für den Schütz der Anlage ergreift
u. dgl. mehr.
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Fig. z der schematischen Zeichnungen bezieht sich beispielsweise auf
den Betrieb einer zwei Steuerprinzipien enthaltenden Steuerungseinrichtung,
in
der zwei Einrichtungen gemäß der Erfindung eingebaut sind.
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Zwei nicht näher bezeichnete elektrische Verteilgebiete mit eigenen
Krafvverken und eigenen Verbrauchern sind über einen StufentransforinatorTmiteinanderverbunden.
Jedes der Verteilgebiete unterliegt betriebsmäßigen Umstellungen dadurch, claß Kraftwerke
und Verbraucher beliebig zu- und abgeschaltet werden.
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Es sind zwei Betriebsfälle zu unterscheiden: Im ersten Fall, wenn
in beiden Gebieten spannungshaltende Kraftwerke in Betrieb sind, wird mit Rücksicht
auf den Blindleistungsaustauscli zwischen den beiden Gebieten der Stufentransformator
T durch einen Blindleistungsregler i beherrscht. Dieser spricht an, sobald die durch
den Stufentransformator T fli°ßende Blindleistung von ihrem Sollwert um einen bestimmten
Betrag abweicht. Der Sollwert der Blindleistung kann beispielsweise durch die Gleichung
E#J#sincp@kl--k=#E#J#cosy dargestellt sein, in der ki und k.= den Betriebsverhältnissen
entsprechend gewählte Konstanten sind. "'eicht die Blindleistung von ihrem Sollwert
um einen bestimmten Betrag ab, so wird der Stufenschalter des Stufentransformators
T um eine Stufe verstellt.
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Ist die Blindleistung nach der Verstellung des Stufenschalters um
eine Stufe noch nicht mit ihrem Sollwert bis auf die noch eben zulässige Abweichung
in Übereinstimmung gebracht, so wiederholt sich das Spiel von neuem. Solange auf
beiden Seiten des Stufentransformators T Kraftwerke angeschlossen sind, die ihre
Spannung halten, wird der Blindleistungsregler i jedesmal nach einer Reihe von Schaltungen
zur Ruhe kommen. Anders aber liegen die Verhältnisse für den Fall. daß auf der einen
Seite die Spannung durch kein Kraftwerk mehr gehalten wird. Der Blindleistungsregler
i würde dann bis zur letzten Stufe am Stufentransformator T weiterschalten, ohne
zur Ruhe zu kommen; es sei denn, daß zufälligerweise die durchfließende Blindleistung
mit ihrem Sollwert bis auf die noch eben zulässige Abweichung übereinstimmt. Bei
einem solchen Durchschalten bis in die Endlage kann der Blindleistungsregler i entweder
den Stufentransformator T durch zu hohe Induktion und die abgehende Leitung mit
den angeschlossenen Verbrauchern durch zu hohe Spannung gefährden-. oder er kann
den Betrieb der abgehenden Leitung mit den angeschlossenen Verbrauchern durch zu
niedrige Spannung stören. Daraus ergibt sich, daß, wenn keine spannungshaltenden
Kraftwerke auf der einen oder andern Seite des Stufentransformators T mehr vorhanden
sind, der Blindleistungsregler i außer Betrieb genommen werden muß. Dies wird bei
der dargestellten Anlage wie folgt erreicht: Solange zu beiden Seiten des Stufentransformators
Z' spannungshaltende Kraftwerke angeschlossen sind, verändert sich beim Verstellen
des Stufenschalters am Stufentransformator T um eine Stufe die durchfließende Blindleistung
etwa um den Betrag Q. Der Wert von p bleibt in erster Annäherung innerhalb des Regelbereiches
des Stufentransformators T konstant. Hält auf der einen oder andern Seite des Stufentransformators
T kein Kraftwerk die Spannung, so verändert sich die durchfließende Blindleistung
je Stufe um weniger als p. Das Auftreten von ist daher ein Merkmal für das Vorhandensein
von spannungshaltenden Kraftwerken auf beiden Seiten.
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Der Blindleistungsregler i wird nur dann außer Betrieb genommen und
die Steuerung des Stufenschalters am Stufentransformator T wird auf eine andere,
den neuen Bedürfnissen des Betriebes angepaßte Art fortgeführt, wenn beim Ansprechen
des Blindleistungsreglers i die auftretende Änderung der durchfließenden Blindleistung
je Stufe am Stufentransformator T verschieden ist von p. Die wichtigsten Eigentümlichkeiten
der hierzu benützten Schaltung gemäß Fig. i gehen aus der folgenden Darstellung
- der Wirkungsweise derselben hervor: Nachdem der Blindleistungsregler i einen Schaltbefehl
ausgegeben hat, wird eines der beiden Zeitrelais 6 erregt, an welchen eine so lange
Zeitdauer eingestellt ist, daß der Überwachungsblindleistungsmesser7 vor und nach
der Verstellung des Stufenschalters am Stufentransformator T zur Überwachung herangezogen
werden kann. Nachdem eines der beiden Zeitrelais 6 angesprochen hat, wird der Hebel
43 durch den Stufenschalterantrieb in nicht dargestellter Weise von dem Kontakt
45 auf den Kontakt 44 umgelegt, wodurch das Relais 29 erregt wird. Dieser Zeitpunkt
ist der Beginn der Überwachungszeitspanne. Nachdem die Verstellung des Stufenschalters
am Stufentransformator T um eine Stufe erfolgt ist, wird in ebenfalls nicht dargestellter
Weise der Hebel .I3 vom Kontakt 44 auf den Kontakt 45 zurückgelegt. Damit wird das
Relais 3o am Überwachungsblindleistungsmesser 7 erregt. Dieser Zeitpunkt ist das
Ende der Überwachungszeitspanne. Er tritt ein, bevor das Zeitrelais 6 seine Endlage
erreicht.
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Wie auch das Ergebnis der Überwachung durch den Blindleistungsmesser
7 ausfällt, frühestens unmittelbar anschließend an die
Erregung
des Relais 30 und spätestens unmittelbar nachdem das Zeitrelais 6 seine Endlage
erreicht hat, erfolgt die Abschaltung sämtlicher für die Überwachung verwendeter
Relais. In nicht dargestellter Weise wird erst dann der Blindleistungsregler i für
ein neues Ansprechen freigegeben.
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Dem Blindleistungsregler i wird ein Überwachungsblindleistungsmesser
7 mit zwei Meßsystemen und mit linearer Skala beigegeben. Der Zeiger i" des einen
Systems ist mit zwei voneinander isolierten Kontaktstücken b und c versehen, die
einen einstellbaren Winkel miteinander bilden, und von welchen jedes eine Breite
aufweist, die der zu berücksichtigenden Veränderlichkeit von p entspricht. Der Zeiger
2" des zweiten Systems mit dem 'isolierten Kontaktstück a ist koaxial zum Zeiger
ia angeordnet und kann an diesem frei vorbeigehen. Gibt der Blindleistungsregler
i den Befehl zur Verstellung des Stufenschalters am Stufentransformator T im einen
oder andern Sinn, so wird gleichzeitig eines der Relais 41 oder 42 des Antriebes
4 des Stufenschalters erregt. Dieses Relais betätigt in nicht dargestellter Weise
den ebenfalls nicht gezeichneten Antriebsmotor für die Verstellung des Stufenschalters
im einen oder andern Sinne. Vom Antriebsmotor aus wird kurz vor der Verstellung
des Stufenschalters von der betreffenden Stellung auf die nächste der Hebel 43 vom
Kontakt 45 auf den Kontakt 44 umgelegt. Damit wird, da der Blindleistungsregler
i noch in derselben Ansprechstellung verharrt, das Relais 29 erregt. Dieses schließt
seine Kontakte und hält gleichzeitig den Zeiger id mit einem nicht dargestellten
Fallbügel fest. Sobald das Relais 41 oder das Relais 42 angezogen hat, wird damit
auch eines der beiden Zeitrelais 6 erregt. Der zugehörige Stromweg führt vom Minuspol
der Hilfsstromquelle am Relais 35 über den untern Kontakt desselben, welcher erst
geöffnet wird, wenn der unterste Kontakt an einem der beiden Zeitrelais 6 nach der
eingestellten Zeitdauer geschlossen worden ist. Weiter führt der Stromweg über die
Spule des zu erregenden Zeitrelais 6 über den gerade geschlossenen Kontakt der Relais
41 oder 42 und über einen für beide Zeitrelais 6 gemeinsamen nicht näher bezeichneten
Vorschaltwiderstand zum Pluspol der Hilfsstromquelle. Die beiden oberen Kontakte
eines jeden Zeitrelais 6 schließen sich sofort, nachdem das betreffende Zeitrelais
6 erregt worden ist, der unterste Kontakt erst nach einer eingestellten Zeitdauer,
welche so lang gewählt wird, daß der durch die Kontaktgabe am Blindleistungsregler
i eingeleitete Schaltvorgang am Stufentransformator T beendet und darüber hinaus
eine zweckmäßig gewählte Zusatzzeit verstrichen ist. Die Zusatzzeit wird vorgesehen,
um dem überwachungsblindleistungsmesser 7 Gelegenheit zu geben, seine Kontakte a
und b oder a und c zu schließen und damit das in Lauf versetzte Zeitrelais
6 zum Abfallen zu bringen. Mit seinem obersten Kontakt hält sich jedes der Zeitrelais
6 selbst fest, mit dem mittleren Kontakt schließt es den Haltekreis des Relais 29.
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Nach erfolgter Verstellung des Stufenschalters am Stufentransformator
T um eine Stufe wird der Hebel 43 vom Antriebsmotor aus in nicht dargestellter Weise
von dem Kontakt 44 auf den Kontakt 45 umgelegt und verbleibt auf diesem bis zum
nächsten Ansprechen des Blindleistungsreglers i. Damit wird über einen Kontakt am
Relais 29 das Relais 3o erregt: Dieses hält den Zeiger 2d mit einem nicht dargestellten
Fallbügel fest. Werden dabei diejenigen Kontakte a und b
oder a und
c geschlossen, welche der stattgehabten Ausschlagsrichtung des Blindleistungsreglers
i entsprechen, so wird das laufende Zeitrelais 6, das dieser Ausschlagsrichtung
zugeordnet ist, überbrückt, bevor es seine Endlage erreicht. Die zugehörige Verbindung
führt zum Minuspol der Hilfsstromquelle am Überwachungsblindleistungsmesser 7 über
die Kontakte a und b oder a und c und über den Fernumschalter 14 zum obern
Ende der Wicklung des zugehörigen Zeitrelais 6. Das untere Ende der Wicklung jedes
Zeitrelais 6 ist über den unteren Kontakt am Relais 33 ebenfalls an den Minuspol
der Hilfsstromquelle angeschlossen. Mit der Überbrückung des in Lauf versetzten
Zeitrelais 6 fällt dieses in die Ausgangslage zurück, öffnet seinen Haltekreis und
denjenigen des Relais 29. Dieses fällt in die Ausgangslage zurück und macht Relais
30 stromlos, welches ebenfalls in die Ausgangslage zurückfällt. Damit ist
die Anlage bereit für einen neuen. vom Blindleistungsregler i ausgehenden Befehl.
In nicht dargestellter Weise wird verhindert, daß vom Blindleistun,-sregler i ein
Befehl ausgeht, bevor die Relais 29 und 30 in ihre Ausgangslage zurückgekehrt
sind. Werden nicht die Kontakte a und b oder a und c geschlossen, welche dem vom
Blindleistungsregler i ausgegebenen Befehl entsprechen, so erreicht das in Lauf
versetzte Zeitrelais 6 seine Endlage und erregt damit das Relais 33. Dieses Relais
33 ist ein Kletterrelais, dessen Kern unter dem Einflug eines Stromimpulses angehoben
wird, wodurch der untere Kontakt sofort geöffnet und der obere Kontakt (Kletterkontakt)
um eine Stufe emporgehoben wird, ausgehend von derjenigen Stellung, in welcher er
sich gerade befindet. Die Öffnung des unteren Kontaktes
hat- zur.
Folge, daß das in Lauf versetzte Zeitrelais @, sowie die Relais 29 und 3o zurückfallen.
Ihre erneute Erregung erfolgt ausgehend vorn Blindleistungsregler z, sobald einer
seiner Steuerkontakte geschlossen ist.
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Sowie das Zeitrelais 6 entregt ist, schließt sich der untere Kontakt
am Relais 3 3 wieder, und zwar unverzögert, indem der Kern des Relais 33 abfällt.
Der Kletterkontakt desselben. fällt nach jedem Stromimpuls verzögert ab in Richtung
der Ausgangslage. Die Zeit. welche verstreicht, während der Kletterkontakt um den
Weg einer Stufe abfällt, wird mehrere 'Male so lang gewählt wie. die an dem Zeitrelais()
eingestellte Zeitdauer.
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Wenn die Erregung des Kletterrelais 33, bedingt durch das betreffende
Zeitrelais genügend rasch und genrügend oft erfolgt, so gelangt dabei der Kletterkontakt
am Relais 33 bis in :eine einstellbare Endlage, und es erfolgt die Abschaltung des
Blindleistungsreglers i und die Zuschaltung <les Spannungsreglers 2 mit Hilfe
des Fernumschalters 3. @Z'iederliolt sich aber die Erregung des Zeitrelais 6 nicht
rasch genug, so fällt langsam der Kletterkontakt in seine Ausgangslage ztiriick.
Dädurch werden bloß zufällig mit den Verstellungen des Stufenschalters am Stufentransformator
T zusammenfallende Änderungen der Blindleistung unwirksam gemacht.
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Die Kontakte am Blindleistungsregler r können statt von diesem selbst
auch von Hand eingeschaltet werden, wie dies bei irgendeinem Regler üblicherweise
der Fall ist, wodurch das Vorliegen des vorausgesetzten Betriebsfalles auch bei
ruhigem Betrieb ermittelt werden kann.
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Im zweiten Fall wird mit Rücksicht auf die Spannungshaltung in demjenigen
der 'neiden Verteilgehiete. in welchem kein Kraftwerk die Spannung hält, der Spannungsregler
2 am Stufentransformator T durch das Energierichtungsrelais 32 und den Fernumschalter
istets auf die Seite der abfließenden Wirkleistung geschaltet. Der Sl@annttn"sr(2gler
2 ist mit Kompoundierung ausgerüstet. wobei die Zuführung des Strome: über den Fernunischalter
3 erfolgt. Bei der -Umschaltung von einer Seite des Stufentransformators T auf die
andere wird die Spannungszuleitung zum Energierichtungsrelais 32 Umgelegt, so daß
dieses für die U inschaltung je nach der Energierichtung finit einem Kontakt au#.-koninnt.
Ferner «-erden dabei die Leitungen. zwischen dein Spannungsregler 2 und den Relais
41 und d.2 für sinkende Spannung mit denjenigen für steigende Spannung vertauscht.
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Denn Spannungsregler 2 wird ein Überspanntingsinesser 8 beigegeben.
An Stelle der Bliiidleistttngsiin<ler:ing p im Falle i tritt im Falle .: die
Änderung der geregelten Spannung um den Betrag der Stufenspannung q am Stufentransformator
T. Aucl? die Spannungsänderung q ist in erster Annäherung konstant, sie erleidet
je nach den Verhältnisseil Abweichungen infolge des Spannungsabfalles in Abhängigkeit
von der Belastung und von der Stufenstellung.
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Die Überwachungseinrichtung arbeitet im übrigen im Fall 2 wie im Fall
i mit Hilfe der beiden Relais 29' und 3o'. Die Umstellung auf die Regelung durch
den Blindleistungsregler i erfolgt, wenn die Änderung der Spannung je Stufe verschieden
ist von q.
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Gemäß Fig. 2, welche eine Abart darstellt gegenüber den vorgeschriebenen
Überwachungsinstrunienten 7 bzw. 8, können all Stelle eine; Überwachungsinstrumentes,
z. B. an Stelle des Überwachungsinstrumentes finit den Zeigern r" und 2" oder an
Stelle des Uberwachungsinstrumentes 8 mit den Zeigern i,' und 2ä, zwei Überwachungsinstrumente
7' und 7" bzw. 8' und 8" verwendet werden, von welchen das eine den zweiteiligen
Zeiger io bzw. iu trägt und das andere den einteiligen Zeiger- 2" bzw. -2" (die
Zeiger selbst sind in Fig. 2 nicht näher bezeichnet). Die Kontaktbahnen der beiden
Instrumente sind durch eine Reibe von äquipotentialen Leitungen miteinander verbunden.
Im übrigen sind die Meßwerke der beiden L`berwachungsinstrumente der Fig. 2 ebenso
aufgebaut wie diejenigen der Überwachungsinstrumente 7 bz«-. e der Fig. r. Die Arbeitsweise
der Überwachungseinrichtung bei Verwendung von Merwachungsinstrumenten gemäß Fig.2
ist dann dieselbe wie die der in Fig. i dargestellten.
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(@cni<il.l Fig.3. welche eine zweite Abart darstellt gegenüber
den vorgeschriebenen L`l)erwachungsinstruinenten 7b;-,w. 8 der Fig. i, wird an Stelle
der Überwachungsinstrumente 7 bz«-. s ein Überwachungsinstrument 7"' bzw.
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tnit nur einem 'leßsystem verwendet. Dieses Überwachungsinstrument
besitzt einen Doppelschleppzeiger i" entsprechend i" oder i" (Fig. i) mit den Kontaktstücken
b, c und einen 11eßzeiger 2" entsprechend 2" oder 2" (Fig. i) mit dem Kontaktstück
a, wobei der Doppelschleppzeiger mit elektromagnetisch betätigter Kupplung ausgerüstet
ist. Der Strom firn Kupplungselektromagneten 15 wird bleichzeitig unterbrochen.
wenn der nicht dargestellte Fallbügel, der den Doppelschleppzeiger festhält. herunterfällt.
-Umgekehrt wird der Kupplungselektromagnet 15 gleichzeitig erregt, wenn der nicht
dargestellte Fallhügel angehoben wird. Dabei erfolgt die l#,tipplung des Doppelschleppzeigers
i" wieder finit dein Meßzeiger 2". Im übrigen ist das >'.`b@rwachurtgsinstrument
der Fig.3 ebenso
aufgebaut wie ein Überwachungsinstrument der Fig.
i.
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Die Arbeitsweise der Überwachungseinrichtung bei Verwendung von überwachungsinstrumenten
gemäß Fig. 3 ist dann dieselbe wie die der in Fig. i dargestellten.
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Der Erfindungsgedanke kann auch auf eine Steueranlage angewendet werden,
welche statt des Stufentransformators T der Fig.i einen Induktionsregler enthält.
Die Steuerung mit Induktionsreglern erfolgt bekanntlich stufenlos. Durch die Verstellung
des Induktionsreglers wird das Spannungsübersetzungsverhältnis desselben. mit einer
bestimmten mittleren Geschwindigkeit verändert. Dieselbe Zeitspanne nach dem Ansprechen
des Blindleistungs- bzw. Spannungsreglers bedingt stets angenähert dieselbe Änderung
der Blindleistung bzw. .der Spannung. In diesem Falle ist die Zeitspanne z. B. zwischen
einem Festhalten des Zeigers i" und dem darauffolgenden Festhalten des Zeigers 2Q
in Fig. i maßgebend für die zu erwartende Änderung der Blindleistung bzw. der Spannung.