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Verfahren zur Fernsteuerung unter Verwendung des vorhandenen Energieverteilungsnetzes
Es ist bekannt, das bereits vorhandene Energieverteilungsnetz zur Fernsteuerung
von mitunter zahlreichen im Netz verteilten Apparaten zu benutzen in der Weise,
daß dem Verteilungsnetz ein Wechselstrom von netzfremder Frequenz überlagert wird.
Diese Art der Fernsteuerung erfordert einen beträchtlichen Aufwand an Apparaten,
um die iJberlagerung mit der jeweils gewünschten Frequenz sicherzustellen und die
Einwirkung von Störfrequenzen, wie Oberwellen u.,dgl., zu verhindern.
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Ferner ist es bekannt, zur Fernsteuerung das vorhandene Energieverteilungsnetz
selbst heranzuziehen etwa in der Weise, daß ein Leiter dieses Netzes mehrmals kurzzeitig
in bestimmtem zeitlichem Abstand oder in bestimmter zeitlicher Folge unterbrochen
wird. Jede Unterbrechung äußert sich in den hinter der Unterbre hungsstelle liegenden
Netzteilen, vom Generator aus gerechnet, als eine vorübergehende Spannungsabsenkung,
die durch spannungsempfindliche Relais aufgenommen werden kann. Eine Voraussetzung
für eine gleichmäßige Ausbreitung derartiger SpannungsabsenkungsimpuIse ist, daß
die Impulssendung bzw. die Unterbrechung an allen Speisestellen des Netzes vorgenommen
wird, da sonst die nicht getasteten Speisestellen in ihrer näheren Umgebung die
Spannung aufrechterhalten und das Vordringen der Absenkungsimpulse verhindern. Diese
Unter-
Brechungen müssen daher an allen Speisestellen, und zwar
gleichzeitig vorgenommen werden, damit ein gegenseitiges Auslöschen der ImpuIse
vermieden wird. Zu diesem Zweck hat man bereits vorgeschlagen, alle an den einzeInen
Speisestellen des Netzes vorhandenen Tastschalter untereinander durch eine Steuerleitung
zu verbinden oder vor der eigentlichen Kommandogate Vorimpulse zu senden, die nur
dazu bestimmt sind. alle Tastschalter zum Ansprechen anzureizen. Man erreicht dadurch
zwar ein absolut synchrones Arbeiten aller Tastschalter, jedoch ist hierzu ein beträchtlicher
Aufwand an Schaltern erforderlich, die zumeist im Hochspannungsnetz liegen und erhebliche
Schaltleistungen zu bewältigen haben. Liegt der Fall im übrigen so, daß zwei Netze
etwa mit 30 kV und 6 kV sich über denselben örtlichen Bezirk erstrecken,
und liegen die Tastschalter in den U mspanncverken zwischen den beiden Netzen, so
käme eine zentrale Auslösung aller Tastschalter nur durch die übergeordnete Tastung
des 3o-kV-Netzes in Frage. Dies würde also ebenfalls mehrere Schalter an verschiedenen
Stellen des Netzes erfordern.
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Außerdem ist eine Einrichtung zur zentralen Zu- und Abschaltung elektrischer
Verbraucher über den Nulleiter des Netzes und Erde vorgeschlagen. Diese Einrichtung
ist so ausgebildet, daß an der Steuerstelle ein Steuertransformator vorgesehen ist,
dessen Sekundärwicklung zwischen dem Nulleiter und der Erde liegt und dessen Primärwicklung
abwechselnd zwischen den Nulleiter und eine von zwei Phasen geschaltet wird, während
die Schalteinrichtungen der Verbraucher aus Kipprelais bestehen, deren Spulen je
an eine der beiden Phasen angeschlossen sind und mittels eines weiteren, zwischen
dem Nulleiter und Erde angeschlossenen Relais an Erde gelegt werden. Bei einer Betätigung
des erwähnten Umschalters wird -vermittels des Transformators dem Nulleiter eine
Spannung gegen Erde aufgedrückt. Diese Spannung bringt das zwischen Nulleiter und
Erde geschaltete Relais an der Empfangsstelle zum Ansprechen. Infolgedessen schließt
dieses Relais seine Kontakte, die in Reihe mit den Spulen des Kipprelais liegen
und bereitet somit das Ansprechen des Kipprelais vor, das auf die Veränderung der
Spannungen der Phasenleiter gegen Erde anspricht. Dabei ist die Richtung, nach welcher
das Kipprelais ausschlägt, wesentlich davon abhängig, in welcher Weise die Spannung
der Phasenleiter verändert wurde. Dies bedeutet also, daß zunächst dem Nulleiter
eine meßbare Spannung gegen Erde aufgedrückt werden muß, und dies ist nur möglich,
wenn dieser Nulleiter seinerseits einen meßbaren Isolationswiderstand gegen Erde
besitzt. Selbstredend ist dieser Isolationswiderstand von der Güte der Verlegung
des Nulleiters, von der Zusammensetzung des Erdbodens, von der Bodenfeuchtigkeit
und sonstigen Zufälligkeiten abhängig.
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Erst trenn dieses spannungsempfindliche Relais angesprochen hat, kann
das Kipprelais zum Ansprechen kommen, und hierzu ist die Veränderung der Spannungen
zweier Phasenleiter notwendig.
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Außerdem ist eine Anordnung bekannt, bei der zum Zweck der Fernsteuerung
die Spannung zwischen zwei Phasenleitern über einen Hilfstransformator auf eine
symmetrische Sternpunktdrossel zur Einwirkung gebracht wird, wodurch eine Änderung
der Spannung aller Phasenleiter gegen Erde eintritt, ohne daß sich aber die Spannung
der Phasenleiter untereinander ändert. Auf der Empfangsseite wird bei dieser Anordnung
in einem transformatorisch gekoppelten' Niederspannungsnetz ein besonderer Nulleiter
erforderlich, und die Empfangsrelais sind z-,cischen diesem Nulleiter und Erde angeschlossen.
Demgemäß ist das Verfahren nur durchführbar in Netzen, die einen besonderen Nulleiter
besitzen, wobei außerdem die Forderung besteht, daß dieser Nulleiter gegen Erde
isoliert sein muß. Dies bedeutet, daß der Aufwand außerordentlich groß ist, und
vor allem ist die zweite Voraussetzung in deutschen Energieverteilungsnetzen nicht
vorhanden, weil hier der Nulleiter stets geerdet ist. Sein Isolationswiderstand
gegen Erde ändert sich je nach der Zusammensetzung des Bodens, der Bodenfeuchtigkeit
und der klimatischen Verhältnisse außerordentlich stark. so daß es nicht möglich
ist, diesem :Nulleiter eine genau definierte Spannung gegen Erde aufzudrücken, die
zur Betätigung von Empfangsrelais dienen könnte. Das bekannte Verfahren ist daher
praktisch nicht durchführbar.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Fernsteuerung unter
Verwendundes vorhandenen Energieverteilun"snetzes. Erfindungsgemäß werden die als
Schaltbefehl dienenden Verlagerungen de: Erdpunktes durch willkürliche Änderung
der Spannung zwischen einem Phasenleiter und Erde mittels vorübergehender Herstellung
eines unvollkommenen Erdschlusses vorzugs«-eise ühei einen Widerstand erzeugt und
diese Spannungsänderungen unmittelbar auf die Empfangsrelais zur Einwirkung gebracht.
Im einfachsten Fall ist zur Durchführung des Verfahrens nur ein Erdungsschalter
und ein Erdungswiderstand erforderlich. Die Größe der Spannungsänderung ist dabei
ausschliefilich durch die Spannung des Phasenleiters gegen Erde bzw. durch die Größe
des Erdungswiderstandes gegeben, so daß man hei Anwendung
dieser
Fernsteuerung unter allen Umständen genau definierte Verhältnisse und damit eine
sichere Fernsteuerwirkung bei geringem Aufwand erhält.
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In: weiterer Ausgestaltung besteht das Verfahren darin, daß Größe
und Richtung der Verlagerung des Erdpunktes. einstellbar sind und daß beispielsweise
die Richtung der gesteuerten Verlagerung entgegengesetzt der bei einem natürlichen
Erdschluß -auftretenden Verlagerung gewählt ist. Um verschiedene Schaltbefehle voneinander
zu unterscheiden, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so gestaltet werden,
daß die Verlagerung in bezug auf jeweils verschiedene Netzleiter durchgeführt wird.
Da zumeist drei Netzleiter entsprechend den drei Phasen eines Drehstromnetzes vorhanden
sind, hat man schon allein durch die Erdung verschiedener Phasen die Möglichkeit,
drei voneinander verschiedene 5dhaltbefehle zu geben, welche etwa die Wirkung haben,
daß in jedem Fall verschiedene Apparate fernbetätigt werden. Je nach der Gestalt
des Netzes wird man beispielsweise die Erdung einer Phase dazu, benutzen, um in
einem bestimmten Netzteil eine Fernsteuerung durchzuführen, während die Erdung einer
anderen Phase dazu dient, die Empfangsgeräte eines anderen Netzteils zu beeinflussen.
Die Unterscheidung kann auch so getroffen werden, daß die Erdung einer Phase beispielsweise
einen Schaltbefehl nur für die Straßenlampen, die Erdung einer anderen Phase einen
Schaltbefehl nur für die Wasserspeicher usw. bedeutet.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung dienen die Abb. i bis 4, und zwar
wird an Hand der Abb. i das Prinzip des Verfahrens erläutert, während Abb. 2 und-3
Ausführungsbeispiele von Verlagerungseinrichtungen zeigen; Abb.4 schließlich zeigt
ein Ausführungsbeispiel für eine zur Feststellung der Verlagerung geeignete Empfangsvorrichtung,,
die ihrerseits, über einen örtlichen Stromkreis auf den zu betätigenden Apparat,
beispielsweise einen Testschalter oder unmittelbar auf einen Wasserspeicher od.
dgl., einwirkt.
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In Abb. i ist der Einfachheit halber ein zweiphasiges Netz mit den
Phasen S und T angenommen. Anden mit I bezeichneten zwei: phasigen Transformator
liegt im Mittelpunkt M eine Erdungsspule E (Petersen-Spule), deren Verlustwiderstand
zugleich mit dem Ableitungswiderstand des Netzes durch einen parallel geschalteten
Ohmschen Widerstand R sinnbildlich dargestellt- ist. Das Netz besitzt außerdem eine
Kapazität gegen Erde, die ebenfalls vereinfacht und daher gestrichelt durch den
Kondensator CN dargestellt ist, der zwischen dem Mittelpunkt M und Erde angeschlossen
ist. Die Spule E bildet mit dem Kondensator CN einen Schwingungskreis, der bei richtiger
Abstimmung nichts weiter darstellt als eine Ohmsche Belastung des. Mittelpunktes
M, die in dem Widerstand R verkörpert ist. Zur Erzeugung eines Erdschlusses dient
der Transformator II, der an sich mit I parallel arbeiten kann, jedoch in besonderer
Weise ausgebildet ist. An diesem Transformator sind nämlich Endklemmen V1 und W,
vorgesehen, deren Spannung im Normalbetrieb etwas über der Sammelschienenspannung
an den Klemmen V und W liegt. Die Spannungsüberhöhung durch diese Zusatzwicklung
beträgt zweckmäßig ioo/o. Ferner ist ein Umschalter U vorgesehen, mit dem
entweder T, oder W1 en einen Erdungswiderstand Re angeschlossen wird. Inder gezeichneten.
Stellung des Umschalters entsteht ein Strom, der, ausgehend vom MittelpunktM, über
die PhaseS die Klemmen V und V1, den Umschalter U, den Erdungswnderstand Re und
den Ersatz-. widerstand R zum Mittelpunkt verläuft. Die Höhe des Erdschlußstromes
ist abhängig von der Höhe der Zusatzspannung zwischen den Klemmen V und hl. sowie
von der Größe des Erdungswiderstandes Re. In einem besonderen Fall, kann dieser
Strom einen solchen Wert annehmen, daß sich der Schwingungskreis voll erregt, d..
h., daß der Leiter S dies gesamten Netzes wie im -Erdschlußfalle spannungslos wird,
ohne aber unmittelbar mit der Erde in Versbindung zu sein.
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Das in Abb. i angegebene Vektordiagramm zeigt die ursprüngliche Lage
des Mittelpunktes M zwischen den beiden Vektoren für die Phasenspannungen S und
T. Durch die Einführung der Zusatzspannung in der beschriebenen Weise ist der Erdpunkt,
wie die gestrichelt gezeichnete Linie erkennen läßt, verlagert worden.
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Die Abb. z zeigt nun ein. Ausfü'hrungsbeispiel, wie die beschriebene
Anordnung zur Durchgabe von. Schaltbefehlen zweckmäßig ausgebildet werden. kann.
Es ist hierbei an--genommen,- daß ein Drehstromnetz mixt dien Phasen R, S, T vorhanden
.ist, an das ein Transformator zur Versorgung eines Niederspannungsnetzes angeschlossen
ist. Im Mittelpunkt M des Transformators ist eine Erdtungsspule E angeschlossen
und mit ihrer freien Klemme an Erde gelegt. Dieser Erdpunkt wird künftig mit O bezeichnet
im Gegensatz zudem Mittelpunkt M, dessen Lage im Spannungsdreieck unveränderlich
ist. Ferner ist ein Erdüngsschalter ES vorhanden, ,der gemäß -dien einleistenden
Ausführungen als Umschalter ausgebildet und wahlweise mit einer der drei Phasen
R, S, T in Verbindung gebracht werden kann. Bei normalem Netzbetrieb ist der Umschalter
überhaupt geöffnet. Zwecks
Aussendung eines Schaltbefehls wird der
Umschalter auf einen der drei Kontakte gestellt, je nachdem in welcher Richtung
die Verlagerung des Erdpunktes erfolgen soll. Wird beispielsweise der Umschalter
mit der Phase R in Verbindung gebracht. so hat dies die Entstehung eines Stromes
über diesen Umschalter, den Erdungswiderstand E11' und die Erdschlußspule E zur
Folge, der eine Verlagerung des Erdpunktes D in Richtung auf den Leiter R in dem
Spannungsdreieck bewirkt. Durch geeignete Bemessung des Erdungswiderstandes E11"
kann der Betrag der Verlagerung beliebig eingestellt werden, unter Umständen so,
daß die Verlagerung ioo°4 beträgt, d.li.. daß der verlagerte Erdpunkt mit der Lage
der Phase R innerhalb des Spannungsdreiecks zusammenfällt. Durch entsprechende Bemessung
des ErdungswiderstandesE1V hat man es also in der Hand, den Betrag der Verlagerung
so zu wählen, daß er sich von einem etwa auftretenden Erdschluß unterscheidet und
demnach ein sicheres Ansprechen der Empfangsgeräte gewährleistet.
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Abb.3 zeigt eine Schaltung, bei der die Möglichkeit einer Felil!lietätigung
durch zufälliges Auftreten eines Erdschlusses vollständig vermieden ist. und zwar
dadurch, daß die gesteuerte Verlagerung nicht in Richtung auf den Leiter, sondern
.°ntgegen-esetzt dein .Netzleiter erfolgt. Bei der Anordnung ist ebenfalls wieder
ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S. T angenommen, das eine bestimmte Kapazität
gegen Erde besitzt. Ferner ist ein dreiphasiger Transformator vorhanden, der zur
Versorgung eines Niederspannungsnetze, dient und in dessen Mittelpunkt 11 eine Erdungsspule
E angeschlossen ist. Die Anordnungenthält f,rnereinenTrennschalterTL-, der die Verlagerung
in bezug auf verschiedene Phasen gestattet, sowieeinenTransformatorSp in Sparschaltung,
der eine Zusatzwicklung zwischen den Klemmen L" und L"1 besitzt. Die Zusatzwicklung
kann über den Erdungswiderstand E11" an Erde angeschlossen werden. Befindet sich
der Umschalter TL% in der gezeichneten Stellung, so wird die Verlagerung des Erdpunktes
in bezug auf die Phase S vorgenommen, nur ist die Richtung der Verlagerung gegenüber
vorher umgekehrt, d. h. der Erdpunkt 0 wird, wie aus dem Spannungsdreieck ersichtlich,
aus dem Mittelpunkt .1 heraus in die gezeichnete Stellung verlagert. Das Potential
der Klemme L' ist auch in dem Spannungsdreieck ersichtlich, und zwar zeigt es sich
als eine Verschiebung gegenüber dem Potential der Phase S. Die andere Klemme des
Spartransformators, die mit 1' bezeichnet ist, erhält dabei ein Potential, das in
dem Spannungsdreieck ebenfalls angegeben ist.
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Durch eine Schaltung dieser Art wird also die Möglichkeit einer Fehlbetätigung
etwa durch einen natürlichen Erdschluß ausgeschaltet. Außerdem ist es in jedem Fall
zweckmäßig. nicht bloß einen bestininiten Betrag und eine bestimmte Richtung der
Verlagerung einzustellen, sondern diese Verlagerung mehrmals hintereinander vorzunehmen,
wobei maßgeblich für die Ausführung d-es Schaltbefehls der Umstand ist, daß diese
Verlagerungen entweder in bestimmter Anzahl oder in hestimintem zeitlichem Abstand
vorgenommen wurden. Auf diese Weise sind alle Fehlerrnö llichkeiten ausgeschalt°t.
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Die Verlagerung muß ferner nicht in Richtung auf den Leiter oder in
entgegengesetzter Richtung erfolgen, sondern die Richtung kann vielmehr .beliebig
einstellbar seid. Zum spiel kann vorgeschrieben «-erden, daß die Empfangsrelais
nur ansprechen, wenn die durch Erdung des Leiters S hervorgerufene Verlagerung mit
der Linie zwischen -l1 und S im Spannungsdreieck-einen bestimmten Winkel .inschließt
und außerdem eine bestimmte Größe erreicht. Die Einstellung dieses t@-itike ls kann
ebenfalls durch geeignete Bemessung der 11; schriebenen Apparate erfolgen.
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Als Empfangsgeräte können zweckmäßig solche nach Art der bekannten
Asvmter verwendet werden, die unbedingt sicher auf Größe und Richtung der Verlagerung
ansprechen.
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Mit Rücksicht auf die verhältnismäßig geringen Verstellkräfte derartiger
_@svmeter empfiehlt es sich, die Betätigung d°_s Schaltorgans, das auf Grund des
empfangenen Schaltbefehls eine Zu- oder Abschaltung zu bewirken hat, nicht unmittelbar
von dein AsS-meter al)zuleiten, sondern geeignete Schaltungen, etwa mit Relais,
mit Photozellen od. dgl., dazwischen zu setzen.
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Eine Relaisschaltung, die künstlich erzielte Erdpunktverlagerungen
sicher :Maßt und dementsprechend eine örtliche Betätigung bewirken kann, ist in
Abb.4 dargestellt. Die Anordnung enthält zwei dvnanionietrische Relais Di und D-
deren jedes doppelseitigen Ausschlag besitzt. Für alle drei Leitungen einschließlich
der Sternwicklungen der im Netz vorhandenen Transformatoren und Maschin°n genügen
zwei Relais. Das Relais D, überwacht in der einen Ausschlagrichtung die Wicklung
L@ bzw. den Leiter R, mit dem anderen Ausschlag die Wicklung 11% . Das Relais D.,
überwacht mit dem nur einseitig benutzten Ausschlag die Wicklung 1" bzw. den Leiter
S. Beide Relais liegen an einem Spannungswandler mit fünf Schenkeln, deren Wicklungsspannungen
durch kleine Buchstaben bezeichnet sind. In beiden Relais werden die linken Spulen
von den dauernd vorhandenen beiden Sternspannungen ir-in bzw. v-in und die rechten
Spulen von der leim
Verlagern auftretenden Erdspannung gegenüber
dem Mittelpunkt M gespeist. Dieser Mittelpunkt ist trotz der vorhandenen primären
Sternpunkterdung an der Anzapfungm des rechts außenliegenden Schenkels des Spannungswandlers
gewonnen. Jedes der beiden Dynamometer entwickelt das Maximum des Drehmoments, wenn
die Erdspannung gegenüber der angelegten Sternspannung um 3ö°' nacheilt. Dementsprechend
ist die tote Zone jedes Relais, das bei Anschluß beider Kontakte in allen vier-Quadranten
wirksam sein könnte, um i2ö°@gegenüber ,der angelegten Sternspannung nacheilend
verschoben. In dem Spannungsschaubild der Abb. 4 sind diese Verhältnisse eingetragen.
Es kann z. B. das Relais D1 mit der Sternspannung u-m nicht ansprechen, wenn der
Erdpunkt infolge Verlagerung mit eurem Punkt der Wicklung V bzw. -der Klemme S zusammenfällt.
Der Erdpulnkt liegt dann nämlich zwischen den beiden zu dem Vektor V parallel gestrichelten
Linien, d. h. innerhalb der toten Zone des Relais D1. Demgemäß muß in diesem Fall
das Relais D2 die Verlagerung melden und dadurch die Betätigung. .eines ferngesteuerten
Apparats bewirken, der in diesem Fall schematisch als Lampe gezeichnet ist. Ist
dagegenein künstlich herbeigeführter Erdschluß an der Phase T vorhanden, so fällt
der Erdpunkt in die tote Zone des Relais D2, so daß dann nur das Relas D1 :die dem
Leiter T zugeordnete Signallampe richtig betätigen kann.
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Bei falscher Einstellung der Erdschlußspule kann entsprechend der
Netzkapazität ein Verlagern des Erdpunktes in einen Sternvektor des Netzes nicht
genau stattfinden. Je nachdem, ob. bei der Verlagerung- eine Über- bzw. Unterkompensation
des kapazitiven Blindstromes auftritt, ändert sich die Lage des Erdpunktes, der
dann nicht mehr in der toten Zone etwa des Relais D1 liegt. In diesem Falle wird
also die Lage des Erdpunktes mit einer Komponente in Richtung der Phase V-M nicht
nur durch das Relais D2 angezeigt, sondern auch das Relais D1 meldet eine Verlagerung
zu der nacheilenden Phase W-M. Bei. Überkompensation durch die Erdschlußspule .meldet
dagegen das Relais D1 durch den umgekehrten Ausschlag eine voreilende Verlagerung
des Erdpunktes.
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Derartige Schaltungen werden nun erfindungsgemäß dazu benutzt, um
die eigentliche Betätigungs- bzw. Auswahlvorrichtung an den Empfangsstellen zu steuern.
Wird z. B. die Auswahl etwa durch einen Zeitabstand bewirkt, dann. werden mehrere,
vorzugsweise zwei Verlagerungen ausgeführt, und die von den Relais D1 und D2 beeinflußte
Auswahlvorrichtung bewirkt eine Betätigung .des fernzusteuernden Apparats nur dann,
wenn der Zeitabstand zwischen den beiden Verlagerungen mit einem in der Auswahlvorrichtung
vorgesehenen Zeitelement übereinstimmt. Beispielsweise kann durch die erste Verlagerung
ein kleiner Hilfsmotor ,der Auswahlvorrichtung in Gang gesetzt werden, der eine
Nockenwalze oder eine mit Führungsrinnen versehene Scheibe antreibt, in denen ein
Führungsstift bewegt wird. Der Führungsstift gelangt aber nur dann in seine Betätigungsstellung,
wenn die zweite Verlagerung zu einer Zeit vorgenommen wird, die durch den Ablauf
der Führungsrinnen die Freigabe des Stiftes gestattet. An Stelle einer derartigen
mechanischenAuswahlvorrichtung können auch andere Zeitelemente, wie Bimetallstreifen
usw., ver-,vendet werden. Schließlich kann die Ausführung des Schaltbefehls an der
Empfangsstelle auch davon abhängig sein, daß eine bestimmte Gesamtzahl von Verlagerungen
vorgenommen wird. Derartige Schaltbefehle sind zweckmäßig durch ein Schrittschaltwerlc
zu erfassen, das beim jedesmaligen Ansprechen der dynamometrischen Relais um einen
Schritt weiter geschaltet wird.