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Einrichtung zur selbsttätigen Blindleistungsregelung in Netzen Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Blindleistungsregelung in
Netzen durch Zu- oder Abschaltung von Blindstromerzeugern unter Verwendung einer
Summen-Differenz-Schaltung. Dies ist- eine Schaltung mit Gleichrichtern, die in
bezug auf ihre Durchlaßrichtung hintereinandergeschaltet sind und denen einerseits
die Summe, andererseits die Differenz zweier elektrischer Größen zugeführt werden.
Parallel zu den Gleichstrompolen beider Gleichrichteranordnungen ist ein -Brückenzweig
angeordnet mit elektrischen Meß- und(oder Schaltmitteln. Bei den bekannten Einrichtungen
dieser Art erfolgt die Einschaltung der Blindstromerzeuger durch eine von einem
Stellmotor angetriebene Schaltwalze. Dieser'Stellmotor arbeitet in Abhängigkeit
vom Strom im Brückenzweig bzw. vor der Differenzspannung der Summeii-Differenz-Schaltung
und verdreht dieSchaltwalze so lange, bis durch die dabei eingetretene Zu- oder
Abschaltung von Blindstromerzeugern an das Netz die maßgebliche Differenzspannung
bzw. der Brückenstrom verschwindet, d. h. bis die Blindleistung des Netzes kompensiert
ist.
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Die bekannten Einrichtungen sind jeweils für eine Kompensierung auf
einen -bestimmten Leistungsfaktor cos 99 fest eingestellt und in@der Bemessung ihrer
verwendeten Einzelteile auf die Daten von vorgesehenen Blindstromerzeugern,Wandlern
und Schützen abgestimmt, so daß eine sölche Regeleinrichtung nur für bestimmte Netze
unter Verwendung bestimmter Schaltungs- und Kompensationselemente verwendbar ist.
Darüber hinaus sind die erforderlichen Angaben vom Besteller einer solchen Einrichtung
meist nur unter Schwierigkeiten zu machen. Es sind nämlich bisher genaue Daten über
Leistung, Spannung und Schaltungsart des Blindstromerzeugers (des Kondensators)
sowie über das Übersetzungsverhältnis und die Klasse der Stromwandler und oft auch
über die Type, Steuerspannung und Steuerleistung des zu schaltenden Schüties für
den Aufbau der Einrichtung erforderlich gewesen. - Falls die Angabe dieser Daten
dem Besteller nicht möglich «rar, mußten ersatzweise möglichst genaue Angaben über
die zu regelnde Blindleistung sowie die vorgesehenen Kompensationsgrade und darüber
hinäiis noch ein überschlägiges Belastungsschaubild und Angäben des zu erreichenden
cos 9p bzw. der höchstzulässigen induktiven Läst angegeben werden.
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Diese Schwierigkeiten fallen beim Gegenstand der Erfindung fort, und
außerdem weist die neue Einrichtung noch einen erweiterten Wirkungsbereich auf,
indem hier im Gegensatz zu den bisher bekannten Regeleinrichtungen dieser Art auch
eine Abschaltung von Blindstromerzeugern bei cos cp = 1 möglich ist.
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Der Anmeldungsgegenstand unterscheidet sich hierzu von dem Bekannten
dadurch, daß im Brückennullzweig der Summen-Differenz-Schaltung entweder zwei zueinander
parallel oder zwei mit einander in Reihe geschaltete polarisierte Meßrelais vorgesehen
sind, von denen das eine bei Überschreitung einer bestimmten Blindleistung im Netz
die Zuschaltung und das andere bei Unterschreitung einer bestimmten Blindleistung
im Netz die Abschaltung eines oder mehrerer Blindstromerzeuger einleitet. Beispielsweise
werden die beiden Meßrelais in der Meßeinrichtung gegensinnig gepolt und zueinander
parallel geschaltet. Die Erfindung beruht dabei auf der an sich bekannten Tatsache,
daß der Strom im Brückennullzweig praktisch ausreichend genau proportional dem Blindstrom
im Netz ist. Die dabei auftretenden Abweichungen machen nur einige Prozente vom
tatsächlichen Ansprechwert aus.
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Zur nachträglichen Anpassung der neuen Regeleinrichtung an die jeweils
vorliegenden Verhältnisse werden die Ansprechwerte der Meßrelais vorzugsweise in
weiten Grenzen veränderlich gemacht, und hierzu werden Meßrelais mit j e zwei Wicklungen
verwendet, von denen jeweils die zweite gleich- oder gegensinnig zur ersten erregbar
ist. Vorteilhaft werden die Größe und die Richtung der Durchflutung jeder dieser
zweiten Wicklungen je für sich getrennt einstellbar gemacht.
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Eine so ausgebildete Regeleinrichtung spricht bei jeder Überschreitung
der eingestellten Blindleistungsgrenzen sofort an. Dies ist in vielen Fällen jedoch
nicht erwünscht, da sonst bei entsprechend großen Blindleistungsänderungen vorübergehender
Art, die bekanntlich oftmals in unkontrollierbarem Ausmaß auftreten und meist außerordentlich
schnell wieder verschwinden, ein unerwünschtes Pendeln der Regeleinrichtung eintreten
würde. Zur Vermeidung einer solchen Pendelung wird daher den beiden im Brückennullzweig
liegenden Wicklungen der
Meßrelais ein Kondensator parallel geschaltet.
Er bildet zusammen mit den entsprechenden M°Brelaiswicklungen ein RC-Glied, das
bei Blindlaststößen eine Veränderung des Brückendifferenzstromes ID bewirkt, die
etwa proportional dem Zeitintegral des Blindstromes ist. Im statischen Betrieb dagegen
ist - wie bereits erwähnt - der Brückendifferenzstrom ID etwa dem Blindstrom proportional.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch näher beschrieben.
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An einem Verbrauchernetz RST liegen nach Fig. 2 zur gegebenenfalls
notwenlig w; rdend°n Blindlastkompensierung drei Kondensatorgruppen K1, K2 und K3
zu- bzw. abschaltbar. Die Zu- oder Ab3chaltung dieser Kondensatorgruppsn erfolgt
selbsttätig nach Maigabe der Blindleistung. Hierzu dient eine an sich bekannte Summen-Differenz-Schaltung,
die im wesentlichen aus zwei Dreiwicklungswandlern W1 und W2 und zwei Gleichrichteranordnungen
und G2 besteht. Die ersten Primirwicklungen der Dreiwicklungswandler W1 und W2 sind
in Reihenschaltung an die Phasen R und S angeschlossen und werden von einem der
Phasenspannung entsprechenden Strom U durchflossen, während die von einem dem Leiterstrom
entsprechenden Strom J gespeisten zweiten Primärwicklungen der Dreiwicklungswandler
W1 und W2 ebenfalls in Reihe geschaltet sind, wobei aber die Anschlüsse der Primärwicklungen
so vertauscht sind, daB die Durchflutungen der ersten und zweiten Primärwicklung
sich in dem einen Dreiwicklungswandler addieren und in dem anderen Dreiwicklung
swandler subtrahieren. Die an die Sekundärwicklungen der Dreiwicklungswandler angeschlossenen
Gleichrichteranordnungen sind bezüglich des Brückennullzweiges gegensinnig parallel
geschaltet. Im Brückennullzwaig liegen beispielsweise im Gegensatz zu den bekannten
Sam-nen-Differenz-Schaltungen zwei zueinander parallel geschaltete gegensinnig gepolte
polarisierte MeBrelais A und Z sowie ein Parallelkondensator c1.
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Die Verwendbarkeit einer solchen Schaltung für Blindleistungsregelungen
beruht bekanntlich auf der Tatsache, daB der im Brückennullzweig fließende Differenzstrom
ID = U + J - U - J nach Fig. 1 ausreichend genau proportional dem
Blindstrom im Netz ist. Das Meßrelais A dient hierbei zur Abschaltung einer oder
mehrerer Kondensatorgruppen bei Unterschreitung einer bestimmten Blindlast im Netz,
das Meßrelais Z zur Zu-:schaltung einer oder mehrerer Kondensatorgruppen bei Überschreitung
einer bestimmten Blindlast im Netz. Zur Veränderung des Ansprechwertes der Meßrelais
haben diese jeweils noch eine zweite gesondert gespeiste Wicklung, die mit den einen
Wicklungsenden an einen verschiebbaren Abgriff eines jeweils zugeordneten Spannungsteilers
Pol bzw. Pol und mit den anderen Wicklungsenden an einen festen Abgriff eines Spannungsteilers
Spl bzw. Spe angeschlossen ist. Durch einen Umschaltkontakt u2 bzw. u3 kann jeweils
das eine Wicklungsende der zweiten gesondert gespeisten Meßrelaiswicklun- entweder
an den Abgriff des Spannungsteilers Pol bzw. Pol oder unmittelbar an den
negativen Pol der die Spannungsteiler speisenden Gleichspannungsquelle PN gelegt
werden. Je nach der Stellung der verschiebbaren Abgriffe an den Spannungsteilern
Pol und Po, kann die Durchflutung der zweiten Wicklung jedes Meßrelais der Durchflutung
der zugeordneten in Brückennullzweig liegenden ersten Wicklung jedes Meßrelais gleich
oder entgegengesetzt gerichtet sein. Auf diese Weise kann der Ansprechwert jedes
Meßrelais getrennt eingestellt werden.
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An die Gleichspannungsquelle Pt'Y ist durch einen Arbeitskontakt z
des Meßrelais Z eine nachfolgend noch näher beschriebene Hilfsrelaiskombination
zuschaltbar und durch einen Ruhekontakt a des zweiten Meßrelais
A
abschaltbar. Die Hilfsrelaiskombination besteht aus den Hilfsrelais Hl bis
H3, die alle anzug- und abfallverzögert arbeiten. Die drei Hilfsrelais Hl bis H3
sind einander parallel geschaltet. Das Hilfsrelais H2 liegt über einen Arbeitskontakt
h12 des Hilfsrelais Hl, und das Hilfsrelais H3 liegt über einen Arbeitskontakt h22
des Hilfsrelais H2 parallel zu dem Hilfsrelais Hl. Jedes Hilfsrelais hat noch einen
Selbsthaltekontakt h11, h21 bzw. h31, von denen die Selbsthaltekontakte hli und
h21 jeweils in Reihe mit einem Umschaltkontakt h23 bzw. h33 der HilfsrelaisH2 bzw.
H3 liegen. Je nach der Stellung dieser Umschaltkontakte werden die Hilfsrelais Hl
bis H3 entweder unmittelbar oder über den Ruhekontakt a des Meßrelais
A
an die Gleichspannungsquelle P:4' angeschlossen. Ferner weist jedes Hilfsrelais
noch einen Wischkontakt h" bzw: h25 bzw. h35 auf, die zueinander parallel liegen
und ein Umschaltrelais U an PN anschließen, sobald eines der Hilfsrelais
kurzzeitig angesprochen hat. Das Um3chaltrelais U schließt sich bei seinem Ansprechen
mit Hilfe eines Umschaltkontaktes u1 an einen vorher aufgeladenen Kondensator C2
an und hält sich so lange selbst, bis der Kondensator entladen ist. Über weitere
Arbeitskontakte h11, h21 und h31 der Hilfsrelais Hl bis H3 werden Anschlußrelais
AN, bis AIV, an die Gleichspannungsquelle PN angeschlossen, sobald eines
oder mehrere der Hilfsrelais eingeschaltet worden sind. Diese Anschlußrelais schalten
dann ihrerseits über ihre Arbeitskontakte an, bis an, Schaltschütze Schi
bis Sch, für die Kondensatorgruppen K1 bis K,.
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Sobald infolge einer im Netz auftretenden Blindlast das Meßrelais
Z anspricht, schließt es durch seinen Arbeitskontakt z das Hilfsrelais Hl an die
Gleichspannungsquelle PN an. Das Hilfsrelais Hl spricht an und hält sich über den
Selbsthaltekontakt h11, den nach links liegenden Umschaltkontakt h" des Hilfsrelais
H2 und den Ruhekontakt a des Meßrelais A selbst. Der Arbeitskontakt
h14 schließt das Anschlußrelais AN, an die Gleichspannungsquelle PN, so daB
dieses über seinen Arbeitskontakt an, das Schaltschütz Schi für die Kondensatorgruppe
K1 einschaltet. Reicht diese Kompensationsstufe noch nicht zur vollständizen Blindlastkompensierung
aus, so wird durch erneutes Ansprechen des Meßrelais Z das zweite Hilfsrelais H2
an Spannung gelegt und dadurch über das Anschlußrelais AN, das Schaltschütz
Sch, für die Kondensatorgruppe K2 betätigt. Damit dies möglich ist, muß das Meßrelais
Z zuerst wieder in seine Ausgangslage zurückgebracht werden. Hierzu wird seine zweite
Wicklung gegenerregt, indem deren eines Ende über die Arbeitslage des weiter unten
noch näher erwähnten Umschaltkontaktes u2 unmittelbar an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle
PN angeschlossen wird. Das Meßrelais Z fällt durch diese Gegenerregung ab und kann
dann durch erneutes Ansprechen das bereits durch den Selbsthaltekontakt h12 des
Hilfsrelais H1 für eine Einschaltung vorbereitete Hilfsrelais H@ einschalten. Das
HilfsrelaisH2 hält sich über seinen Selbsthaltekontakt h21, den nach links liegenden
Umschaltkontakt h" des Hilfsrelais H3 und den Ruhekontakt a des Meßrelais A selbst.
Entsprechendes gilt auch für das Ansprechen des dritten Hilfsrelais H,, falls die
beiden ersten Kondensatorgruppen K1 und K2 immer noch nicht zur Kompensierung ausgereicht
haben sollten.
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Zur Gegenerregung der Meßrelais dient, wie bereits erwähnt, das Umschaltrelais
U, das durch die Wischkontakte hl, bis h,5 beim Ansprechen eines Hilfsrelais an
die Gleichspannungsquelle P IV gelegt wird und mit seinem Umschaltkontakt u1 an
den vorher an die Gleichspannungsquelle angeschlossen gewesenen Kondensator C2
angeschlossen
wird, der für die Dauer seiner Entladung über das Umschaltrelais U dieses angezogen
hält. Dessen Umschaltkontakte u2 und ai, bewirken dann die Gegenerregung der zweiten
Wicklungen der Meßrelais Z und A.
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Zur Abschaltung von Kondensatorgruppen dient das Meßrelais A. Ist
beispielsweise die Blindlast im Netz unter einen bestimmten Wert gesunken, dann
spricht das Meßrelais A an und öffnet seinen Ruhekontakt a.
Dadurch
wird der Selbsthaltestromkreis des zuletzt eingeschalteten Hilfsrelais unterbrochen,
so daß dieses mit einer bestimmten Abfallsverzögerung abfällt und dabei durch seinen
Wischkontakt das Umschaltrelais U einschaltet und dadurch wiederum - wie bereits
erwähnt -die Gegenerregung der betreffenden zweiten Wicklung des Meßrelais A sein
sofortiges Abfallen zur Folge hat. Falls durch die Abschaltung der Kondensatorgruppe
über das betreffende Anschlußrelais AN und das von diesem betätigte Schaltschütz
Sch noch immer eine Überkompensierung vorhanden sein sollte, so spricht das
Meßrelais A wiederum an und unterbricht den Haltestromkreis des nächstfolgenden
Hilfsrelais, was eine Abschaltung der zweiten Kondensatorgruppe zur Folge hat.
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Für den Fall, daß die Kondensatorgruppen nicht, wie im beschriebenen
Ausführungsbeispiel, gleich groß sind, sondern in einem bestimmten Verhältnis zueinander
beispielsweise im Verhältnis 1 :2, abgestuft sind, werden zur Erzielung der gleichen
Wirkung nach Fig. 3 nur zwei Kondensatorgruppen notwendig sein. Die Zahl der Hilfsrelais
ist in diesem Schaltungsbeispiel die gleiche. Die Einschaltung der Hilfsrelais erfolgt
wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.2. Die Betätigung der Anschlußrelais
AN, und AN, geschieht durch die Arbeitskontakte hl, und h3, der Hilfsrelais
Hl und H3 sowie durch den Umschaltkontakt h26 des Hilfsrelais H2. Durch Ansprechen
des ersten Hilfsrelais Hl wird über dessen geschlossenen Arbeitskontakt h" das Anschlußrelais
AN, eingeschaltet, und dieses legt seinerseits über seinen Arbeitskontakt an, das
Schaltschütz Sch, an Spannung. Zum Erreichen der nächsten Kompensationsstufe genügt
die Einschaltung der Kondensatorgruppe K2 allein. Diese Einschaltung wird durch
zusätzliches Ansprechen des zweiten Hilfsrelais H2 ermöglicht, indem das Anschlußrelais
AN, über dem nach rechts umgelegten Umschaltkontakt 1t26 des Hilfsrelais
H2 an die GleichspannungsquellePN angeschlossen wird, während dadurch gleichzeitig
das Anschlußrelais AN, von der Gleichspannungsquelle getrennt wird. Falls
auch diese zweite Kompensationsstufe noch nicht ausreicht, kann durch Ansprechen
des dritten Hilfsrelais H3 zu der eingeschalteten Kondensatorgruppe K2 die Kondensatorgruppe
K, wieder zugeschaltet werden, indem der Arbeitskontakth" des Hilfsrelais H3 des
Anschlußrelais AN, zum Anschlußrelais AN, parallel geschaltet.
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Um zu vermeiden, daß jede vorübergehende Blindleistung im Netz, wie
sie z. B. bei Einschaltvorgängen von Motoren oder beim Zuschalten von Leitungen
auftreten, eine unerwünschte pendelnde Zu- und Abschaltung von Kondensatorgruppen
zur Folge hat, ist der Parallel-Kondensator C, an die beiden im Brückennullzweig
liegenden Wicklungen der Meßrelais A und Z angeschlossen. Er bildet zusammen mit
diesen Wicklungen ein RC-Glied mit bestimmter Zeitkonstante.
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Wie bereits erwähnt, kann beim Gegenstand der Erfindung der Ansprechwert
jedes Meßrelais für sich getrennt eingestellt werden, d. h., die Blindlast, deren
Überschreitung eine Zuschaltung von Kondensatorgruppen erfordert, kann verschieden
sein von derjenigen Blindlast, bei deren Unterschreitung eine Abschaltung von Kondensatorgruppen
eintritt. Die Einstellbarkeit des Meßbereiches ist dabei so durchgeführt, daß jeder
Meßbereich vom kapazitiven in den induktiven Bereich stetig übergeleitet werden
kann, so daß auch eine Schaltung von Kondensatorgruppen bei einem cos 9p = 1 möglich
ist. Dies kann bisher mit keiner der bekannten Regeleinrichtungen der betreffenden
Art erreicht werden.
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Ferner erfolgt bei Ausfall der Netzspannung durch Öffnung der Kontakte
der Meßrelais ein Abfall der Hilfsrelais, Anschlußrelais und Schaltschütze, so daß
bei wiederkehrender Netzspannung alle Kondensatorgruppen abgeschaltet sind. Die
erneute Zuschaltung der Kondensatorgruppen erfolgt dann nach Maßgabe der Blindlast
in der beschriebenen Weise. Da in diesem Fall die zu kompensierende Blindlast gewöhnlich
so groß ist, daß auch nach Zuschaltung der ersten Kondensatorgruppe der Ansprechwert
des betreffenden Meßrelais überschritten wird, kann die Einschaltung der nächstgrößeren
Kompensationsstufe erst nach Ablauf der durch den Kondensator C2 bestimmten Mindestsperrzeit
erfolgen.
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Je nach der Ausbildung der Kondensatorgruppen entweder als gleichgroße
oder als in bestimmtem Verhältnis zueinander abgestufte Kompensationsstufen kann
die Schaltfolge der Anschlußrelais durch entsprechende über Kontakte der Hilfsrelais
geführte und vorzugsweise leicht lösbare Verbindungen der einzelnen Anschlußrelais
untereinander eingestellt werden.
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Es ist auch möglich, die Zahl der Hilfsrelais durch eine entsprechende
Schaltung, wie sie in Fig. 3 für die Anschlußrelais dargestellt ist, zu verringern,
so daß also nicht, wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, die Zahl
der Hilfsrelais gleich der Zahl der Kompensationsstufen sein muß.
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Ferner beschränkt sich die Erfindung nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele,
sondern kann mannigfach abgeändert sein. So kann beispielsweise an Stelle der beiden
zueinander parallel geschalteten gegensinnig gepolten Meßrelais auch eine Parallelschaltung
gleichgepolter Meßrelais oder eine Reihenschaltung gleich- oder gegensinnig gepolter
Meßrelais vorgesehen werden.
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Durch entsprechende Auswahl der Gleichrichteranordnungen G, und G2
kann erreicht werden, daß der Differenzstrom JD im Bereiche normaler Blindlasten
der Blindlast proportional ist und bei darüberhinausgehender Blindlast verhältnismäßig
weniger ansteigt. Dadurch kann ein Überregeln vermieden werden.
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In diesem Falle wirken die Gleichrichteranordnungen also wie nichtlineare
Widerstände.