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Anordnung zur selbsttätigen Steuerung der Kompensation von Blindleistungsverbrauchern
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Steuerung der Kompensation
von Blindleistungsverbrauchern vorzugsweise schwankender Größe mittels Kompensationseinheiten,
für deren Zu- und Abschaltung entsprechend dem jeweiligen Blindverbrauch ein Ferrarismotor
und eine Nockenscheibe verwendet wird, auf deren Umfang eine oder mehrere Nockenreihen
mit je einem oder mehreren Nocken angeordnet sind, welche jeweils nur einen von
zwei Kontakten zur magnetischen Betätigung eines Schrittschaltwerkes schließen bzw.
öffnen, wodurch eine Schaltwalze verdreht wird und je nach der Drehrichtung des
Ferrarismotors die Kompensationseinheiten nacheinander zu- bzw. abgeschaltet werden.
Es ist bekannt, z. B. induktive Blindleistungsverbraucher dadurch zu kompensieren,
daß Verbraucher kapazitiver Blindleistung mit ihnen in einen Stromkreis geschaltet
werden. Wenn, wie in den meisten Fällen, die Zahl der oder die Belastung durch die
Blindleistungsverbraucher zeitlich nicht konstant ist, muß, um nicht durch zu hohe
Kompensation eine Blindleistung entgegengesetzten Vorzeichens auftreten zu lassen,
die Zahl bzw. die Größe der Kompensatoren entsprechend verändert werden. Regelung
von Hand ist möglich, erfordert jedoch personellen Aufwand und ist mit allen Mängeln
personengebundener Regelung behaftet.
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Weiterhin ist bekannt, die Steuerung des Zu-bzw. Abschaltens der Kompensatoren
in Abhängigkeit
vom cos q9 der Anlage vorzunehmen. Da die Kompensationsstufen
der Natur der Kompensatoren nach verhältnismäßig groß sind, ist in den meisten Fällen
eine genaue Kompensation auf den gewünschten coscp-ZVert nicht möglich.
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Der cos T wechselt beim Zuschalten einer zu großen Kompensationseinheit
zu plötzlich seinen Charakter, unter Umständen von induktiven Werten auf kapazitive
Werte, wodurch der Ausschaltmechanismus der gerade zugeschalteten Kompensationseinheit
sofort betätigt wird. Der cos T springt dadurch auf seinen ursprünglichen Wert (induktiv)
zurück, der Kondensator wird wieder zugeschaltet usf. Die Schaltung kommt in kurzperiodiges
Pendeln, unerwünschte Überspannungen sind die Folge ebenso wie unkompensierte Blindstromspitzen.
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Man bekämpft das kurzperiodige Pendeln, indem man das Zu- und Abschalten
der Kompensatoren zeitlich erheblich verzögert. Dabei muß man in Kauf nehmen, daß
unter Umständen große Blindstromspitz-en während der Verzögerungszeit unkompensiert
bleiben.
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Eine weiterhin bekannte Anordnung vermeidet dies, indem sie die Schaltvorgänge
von einem bestimmten, vorzugsweise den allgemeinen Betriebsbedingungen des zu kompensierenden
Netzes entsprechenden einstellbaren Blindverbrauch abhängig macht. Der Schaltvorgang
verläuft daher um so schneller, je größer die unkompensierte oder überkompensionierte
Blindleistung ist.
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Zum selbsttätigen Zu- und Abschalten von Kompensationskondensatoren
ist eine Vorrichtung bekannt, die sich eines Festmengentarifgerätes bedient, welches
zwei Blindleistungszähler mit Rüc'klaufhemmung und Festmengenkontakt besitzt, die
mit diesem Kontakt je ein Festmengentarifgerät entgegengesetzt steuern, deren Zählwerke
über eine mechanische Kupplung eine Schaltvorrichtung betätigen, die Kondensatoren
über Fernschütze an ein Netz anschaltet oder von ihm abschaltet.
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Eine andere bekannte Vorrichtung verwendet ein Blindleistungsrelais
in Verbindung mit spannungsabhängigen Schaltmitteln, durch die mindestens ein Teil
der Kondensatoren nicht nur dauernd in Abhängigkeit vom Blindleistungsverbrauch,
sondern unabhängig davon auch dauernd in Abhängigkeit von der Netzspannung schaltbar
ist.
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Eine weitere bekannte Steuereinrichtung verwendet eine Schaltwelle,
die von einem Regelrelais unmittelbar oder über einen Antriebsmotor zur Schaltung
von in ihrer Leistung ungleich großen Regelkondensatoren vorwärts oder rückwärts
getrieben wird.
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Gegenüber den bekannten Einrichtungen hat die erfindungsgemäße Anordnung
den Vorteil, daß praktisch die zusätzliche Belastung des Meßsystems durch die Steuerorgane
der Schaltmittel für die Kompensationseinheiten gegenüber der Energiemenge, die
zum Umlaufen des Meßsystems notwendig ist, verschwindet. Außerdem wird' das Meß-
oder Antriebssystem in der einen oder anderen Zuschaltriahtung durch eine statisch
wirkende, immer gleichmäßig wiederkehrende geringe Belastung beansprucht, die sich
- wenn überhaupt -erst in sehr langen Betriebszeiten, und dann auch nur nach sehr
vielen Schaltvorgängen geringfügig ändert.
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Die erfindungsgemäße Anordnung besteht nach Abb. i der Zeichnung aus
einem Ferrarismotor i, der nach Art eines Blindverbrauchzählers, gegebenenfalls
über Strom- und Spannungswandleri a, mit dem zu kompensierenden System verbunden
wird. Der Motor i dreht mittels der Schnecke 2 eine Nockenwalze 3, auf deren Umfang
eine vorzugsweise kleine Anzahl von Nocken in gleichmäßigen Abständen angebracht
ist; in Abb. i ist nur ein einziger Nocken gezeichnet.
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Die Drehrichtung des Motors i ist verschieden, je nachdem ob im System
kapazitiver oder induktiver Blindstrom fließt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit ist
von der Blindleistung im Netz abhängig, die Zahl der Umdrehungen der Nockenwelle
ist ein Maß für die verbrauchte Blindarbeit (den Blindverbrauch).
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Je nach der Drehrichtung des Motors i betätigt der Nocken mittels
der Zunge d. entweder den Kontakt 5 oder den Kontakt 22 und schließt damit den Stromkreis
des Magneten.6 bzw. 23. Die Wicklungen der Magneten 6 bzw. 23 erhalten dann vom
Transformator 7 über den Gleichrichter 8 mit zugehörigem Kondensator 9 Strom, wenn
es sich nicht um Wechselstrommagneten handelt, was den Erfindungsgedanken an sich,
nicht berührt. Der Anker io bzw. 2.4 wird gegen die Wirkung der Zugfeder i i bzw.
25 aufwärts gezogen, und mittels des Hebels 12 bzw. 26 wird ein Zahnrad 13 um einen
Zahn vorwärts bzw. rückwärts gedreht. Das Zahnrad 13 wird durch eine Rolle 1.4 in
seiner Stellung fixiert, indem die Rolle 1¢ durch den Hebel i-ja gegen das Zahnrad
13 gedrückt wird, solange der Magnet .15 Strom führt. Magnet 15 liegt (gegebenenfalls
über einen Wandler i5 a) im Hauptstromkreis des zu kompensierenden Systems. Wird
der Magnet 15 stromlos, so zieht die Feder 16 die Rolle 14 vom Zahnrad 13 ab, und
die Torsionsfeder 17 dreht das Zahnrad 13 in die Nullstellung zurück, was die beiden
in Ruhestellung abgehobenen Hebel 12 bzw. 26 nicht hindern.
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Mit dem Zahnrad 13 fest verbunden ist eine Schaltwalze 18, die aus
einzelnen geeignet geformten Schaltscheiben bestehen kann. Ohne den Erfindungsgedanken
zu berühren, lassen sich die entsprechenden Formen auch in die Schaltwalze 18 einfräsen.
Abb. 2 zeigt die einzelnen Scheiben i8a" 18 b ... i81t getrennt, jedoch in
der richtigen Phasenlage zueinander. Sie betätigen die Schaltkontakte 19 ca, 19
b ... 192t. Die Schaltkontakte 19 b bis ign-i betätigen die Sclriitze 2o
b bis 20t2-1, die ihrerseits die Kompensationseinheiten 21 b bis 2111.-i dem zu
kompensierenden System zuschalten.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist die folgende:
Vor Ansdhluß des zu kompensierenden Systems an die Speisespannung mittels des Hauptschalters
27 (A131). i) befinden sich das Zahnrad 13 und die
Schaltwalze 18
in Nullstellung, die Schütze 2o b bis 20 ;t-i sind stromlos, die Kompensatoren 21
b bis 2i it-i abgeschaltet. Beim Einschalten des Hauptschalters 27 werde neben Wirkarbeit
auch induktive Blindarbeit im Netz verbraucht. Die Drehrichtung des Motors i sei
für induktive Last der Uhrzeigergegensinn. Er beginnt sich daher in diesem Sinn
zu drehen und dreht über die Schnecke 2 die Nockenwalze 3. Bis zur Betätigung des
Kontaktes 5 wird eine bestimmte, durch Motorkonstruktion, Wandler-Übersetzungsverhältnisse,
Schneckentrieb und Teilung der 1NTockenwalze gegebene Blindarbeit, die »Schaltarbeit«,
im zu kompensierenden System verbraucht, so daß nach Ablauf einer durch die augenblickliche
Blindlast gegebenen Zeitspanne der Nocken der Nockenwalze 3 auf die Zunge 4 trifft
und der Kontakt 5 geschlossen wird. Dadurch erhält Magnet 6 Strom, so daß über Anker
io und Hebel 12 das Zahnrad 13 einen Zahn vorwärts gedreht und durch Rolle 14 in
dieser Stellung gehalten wird, da Magnet 15 unter Strom steht. Schaltscheibe i8b
(Abb. 2) schließt Kontakt i9 b, wodurch das Schütz 2o b Strom erhält und den Kompensationskondensator
21b zuschaltet.
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Dadurch sinkt die induktive Blindleistung im zu kompensierenden System,
der Motor i läuft langsamer weiter im Uhrzeigergegensinn. Der Nocken der Nockenwalze
3 gelangt nach entsprechend längerer Zeit erneut an die Zunge 4, wodurch der Vorgang
wie oben wieder abläuft, wobei Schaltscheibe i8c den Kontakt igc betätigt und dieser
über Schütz 2o c den Kondensator 2i c dem System zuschaltet. So geht das fort, bis
nach Zuschalten eines Kondensators Überkompensation eintritt. Dadurch fließt im
zu kompensierenden System kapazitiver Blindstrom, der Motor i wechselt seine Drehrichtung,
und nach Verbrauch der Schaltarbeit kommt der Nocken der Nockenwalze 3 nach einer
Umdrehung von der Gegenseite an die Zunge 4 und schließt den Kontakt 22. Dadurch
erhält Magnet 23 Strom, Anker 24 und Hebel 26 drehen das Zahnrad 13 und die Schaltwalze
18 um einen Zahn rückwärts. Der gerade vorher geschlossene Kontakt, beispielsweise
der Kontakt i9 d, öffnet den Stromkreis des SchütZes 2o d, und der zugehörige
Kondensator 21 d wird vom Netz abgeschaltet. Hierdurch ist unter Umständen wieder
induktive Last gegeben, der Motor i kehrt seine Drehrichtung wieder um und schaltet
nach Verbrauch der Schaltarbeit den betreffenden Kondensator wieder zu usf. Da immer
wieder die Schaltarbeit verbraucht werden muß, ist kurzperiodiges Pendeln sicher
vermieden.
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Ist jedoch die induktive Grundlast inzwischen gesunken, so bleibt
die Last auch nach Abschalten des letzten Kondensators kapazitiv, der :Motor behält
weiter :eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn und schaltet damit im Laufe der Zeit
einen Kondensator nach dem anderen ab. Sind alle Kondensatoren abgeschaltet, so
öffnet Kontaktscheibe i8ca den Kontakt iga" der es verhindert, daß weitere Stromstöße
auf den Magneten 23 gelangen. Die Schaltwalze bleibt in der Nullstellung stehen.
Umgekehrt wird durch Schaltscheibe i8 rt der Kontakt i9 n geöffnet, wenn alle vorhandenen
Kondensatoren eingeschaltet sind und die Last weiter induktiv bleibt. In diesem
Falle dreht sich zwar die Nockenwalze 3 weiter, Magnet 6 erhält aber keine Stromstöße
mehr, so daß alle Kompensatoren so lange eingeschaltet bleiben, bis die Umsteuerung
des Motors i sie nacheinander wieder ausschaltet.
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Abb. 3 zeigt eine teilweise Abwandlung der beschriebenen Anordnung:
Die Nockenwalze 3 trägt statt eines Nockens jetzt zwei oder mehrere Nockenreihen,
deren \Toclsenzahl verschieden ist. Die Nocken haben jedoch innerhalb ihrer Reihe
stets gleiche Abstände. Abb. 3 zeigt die Abwicklung einer solchen Nockenwalze mit
vier Nockenreihen.
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Abb. 4 zeigt diese Nockenwalze innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung
mit zwei Wahlschaltern 28 und 29 versehen, die es ermöglichen, die Magneten 6 bzw.
23 (Abb. i) wahlweise von einer der vier Nockenreihen 3 a bis 3 d schalten zu lassen
und damit die Schaltarbeit in weiten Grenzen zu verändern. Dabei kann das Abschalten
von einer anderen Nockenreihe besorgt werden als das Zuschalten.
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Zweckmäßigerweise wird eine Möglichkeit der Zuschaltung der einzelnen
Kompensationseinheiten von Hand vorgesehen. Dies ermöglichen die Schalter
30 b bis 30 n- i (Abb. i und 2). Die Anordnung wird
zweckmäßig so ausgebildet, daß die Kondensatoren erst ausgeschaltet werden können,
wenn das System keine. induktive Blindleistung mehr aufnimmt.