DE1765270A1

DE1765270A1 - Verfahren zum unterbrechungsfreien Umschalten eines Verbrauchers auf ein Bereitschaftsnetz oder Ersatzaggregat

Info

Publication number: DE1765270A1
Application number: DE19681765270
Authority: DE
Inventors: F Germann; Fritz Dipl-Ing Germann; Juergen Dipl-Ing Schmidt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-04-26
Filing date: 1968-04-26
Publication date: 1971-07-22
Also published as: SE373241B; CH488310A; FR1601849A; DE1765270B2; GB1241881A; BE726248A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m.b.H.

■ Frankfurt/Main, 0?heodor-Stern-KaS®^Jl^-^;X®^mP^|a''^T

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Erf.-Hr. 44/196

Verfahren zum unterbrechungsfreien Umschalten eines Verbrauchers* von einem Stromversorgungsaggregat auf ein Bereitschaftsnetz oder Ersatzaggregat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterbrechungsffeien Umschalten eines Verbrauchers von einem Stromversorgungsaggregat auf ein Bereitschaftsnetz oder Ersatzaggregat beim Auftreten von Störungen im Stromversorgungsaggregat, angewandt bei Versorgungsstromkreisen, in welchen zwischen dem Stromversorgungsaggregat bzw. dem Bereitschaftsnetz oder Ersatzaggregat und dem Verbraucher Schaltmittel angeordnet sind.

Bei umschaltbaren Versorgungsstromkreisen wird gewöhnlich die Spannung des Stromversorgungsaggregates überwacht. Tritt im

Aggregat eine Störung auf, die die Spannung unzulässig weit veγι 4

ändert, dann spricht ein Uberwachungsorgan an und veranlaßt das Umschalten, sobald die Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Da die Versorgungsstromkreise üblicherweise gegeneinander verriegelt sein müssen, entsteht auch bei unverzögerter

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Erfassung der Störung eine Spannungslücke in der Verbraucherspannung, was für manche Verbraucher nicht zulässig ist. An sich bekannt ist, daß bei einer Wechselstromversorgung mit einem Wechselrichter diesem Wechselrichter Filter nachgeschaltet werden, die beispielsweise eine rechteckförmige. Spannung in eine Sinus-■ spannung umformen. Es ist auch bekannt, daß die Frequenz eines Wechselrichters z. B, von der Netzfrequenz geführt werden kann. Um zu vermeiden, daß beim Umschalten eine Spannungslücke überhaupt auftreten kann, wird bei dem Verfahren gem. der Erfindung eine Reihe von sinnvoll kombinierten Maßnahmen angewendet, darunter solche, die an sich schon bekannt bzw. vorgeschlagen sind.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß dem Stromversorgungsaggregat ein Energiespeicher aus an sich bekannten Stromkreiselementen nachgeschaltet ist, der die Verbraubherspannung bei einer Störung des Aggregates für eine gewisse Zeit aufrechterhält, und daß das Stromversorgungsaggregat bei einer Wechselstromversorgung durch eine Gleichlaufeinrichtung ständig in Gleichlauf mit dem Bereitschaftsnetz oder dem Ersatzaggregat gehalten wird und beim Auftreten einer Störung das Umschalten von Überwachungsorganen des Aggregates ausgelöst und so durchgeführt wird, daß ein Schaltschütz oder ein elektronischer Schalter, der im Stromkreis des Bereitschaftsnetzes oder des Ersatzaggregates liegt, beim Ansprechen eines der Überwachungsorgane des Stromversorgungsaggregates eingeschaltet und ein , Schaltschütz, und/oder ein elektronischer Schalter, der im Ver-Borgungsstromkreis des Aggregates liegt, verzögert innerhalb der Wirkungsdauer des Speichers geöffnet wird.

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Die einzelnen Bestandteile der gesamten Stromversorgungsanlage zur Durchführung dieses Te rfahrens einschließlich der dazu nötigen Schalt- und Überwachungs- sowie Steuerungsmittel können schaltungstechnisch einfach und ohne Veränderung der Schaltung austauschbar angeordnet sein. Es sind für die Umschaltfunktion • keine zusätzlichen Anlagenbestandteile erforderlich.

Als Energiespeicher können Drosselspulen und/oder Kondensatoren verwendet werden. Hierfür können z. B. die Drosselspulen und Kondensatoren einer Glättungseinrichtung oder eines Filters herangezogen werden, falls derartige Einrichtungen dem Stromversorgungsaggregat ohnehin nachgeschaltet sind. Wegen der sehr · kurzen Umschaltzeit brauchen diese Elemente nicht wesentlich überbemessen zu werden. Es ist ferner möglich eine rotierende elektrische Maschine mit e^ner Schwungmasse als Energiespeicher zu verwenden.

Unter ÜberwachungsOrganen sind zum Beispiel solche zu verstehen, die beim Auftreten von Spannungseinbrüchen und/oder von Überspannungen auf der Ein- und Ausgangsseite des Aggregates ansprechen, des weiteren solche, die bei einer inneren Störungdesselben z. B. einer Störung der Ansteuerung der Ventile (Thyristoren) und auch bei einem Ausbleiben der positiven und/oder negativen Sperrspannung an einem der Thyristoren des Aggregates ansprechen. _#

Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß

wenn das Stromversorgungsaggregat ein statischer Wechselrichter

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ist, eine Einrichtung für den Gleichlauf der Spannung dieses Wechselrichters mit der Spannung des Bereitschaftsnetzes oder des Ersatzwechselrichters vorhanden ist und durch ein gesondertes Überwachungsorgan auf Störungen überwacht wird. Diese Einrichtung besteht aus einem Phasenschwenkglied, das von dem Bereit- ·· schaftsnetz oder Ersatzwechselrichter gespeist wird und dessen Ausgangsspannung das Stromversorgungsaggregat in der Frequenz führt. Die von der Gleichlaufeinrichtung bewirkte Phasenschwenkung wird entweder so groß eingestellt, daß die Ausgangsspannung des Stromversorgungsaggregates und die Spannung des Bereitschaftsnetzes oder Ersatζaggregates ungefähr gleichphasig sind, oder sie wird mit Hilfe eines Reglers, der die Phasenlage der beiden Spannungen vergleicht, so geregelt, daß die beiden Spannungen ständig genau phasengleich sind. Tritt eine Störung ein, dann wird ein weiteres Schaltschütz, das zwischen dem Bereitschaftsnetz oder dem Ersatzwechselrichter und dem Verbraucher angeordnet ist, geöffnet.

Mit Hilfe eines zusätzlichen Schaltschützes, das parallel zu dem elektronischen Schalter und dem genannten Schütz angeordnet ist, kann bei Störung des Gleichlaufes und Ausfall des Stromversorgungsaggregates mit Unterbrechung der Versorgungsspannung auf das Bereitschaftsnetz oder das Ersatzaggregat umge-

schaltet werden. Außerdem kann mit Hilfe dieses Schützes das elektronische Schaltglied entlastet werden, indem es beim Ausfall ties Stromversorgungsaggregates nach dem Einschalten des elektronischen Schaltgliedes eingeschaltet wird.

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An einem Ausführungsbeispiel für eine Wechselstromversorgung, deren Stromlaufplan in der Figur dargestellt ist, wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.

Das Stromversorgungsaggregat 1 kann ein statischer Einphasen-. oder ein Drehstromwechselrichter sein. In moderner Ausführung sind derartige Wechselrichter mit Thyristoren bestückt. Der Wechselrichter 1 enthält verschiedene Überwachungsorgane 6, darunter solche, die innere Störungen z. B. das unvollständige Umladen der Löschkondensatoren und/oder die Steuerspannungen für die Thyristoren des Wechselrichters überwachen, das heißt, bereits die Störungen im Versorgungswechselrichter 1 bei der Entstehung erfassen. Schon bei einer der möglichen Störungen wird das Umschalten des Verbrauchers 3 auf Stromversorgung durch ein Bereitschaftsnetz 2 eingeleitet. Das Umschalten erfolgt dadurch, daß bei einer Störung das Überwachungsorgan Steuerimpulse an die zwei antiparallel geschalteten Thyristoren eines elektronischen Schalters 7 abgibt und diese einschaltet. Der Schalter 7» cLer z. B. auch ein bipolar schaltbarer Thyristor oder eine Antiparallelschaltung aus Leistungstransistoren sein kann, liegt im Versorgungsstromkreis des Netzes 2 und ist mit einem Schaltschütz 11, das geschlossen ist, in Reihe geschaltet. Beim Einschalten des Schalters 7 wird der Verbraucher 3» an das Bereitschaftsnetz 2 angeschlossen. Kurze Zeit später wird entweder von den Überwachungs Organen 6 oder dem Schaltglied 7 oder dem Schaltschütz 12 das öffnen eines Schaltschützes 8, das Im Versorgungsstromkreis des Vechiölrichters 1 liegt, gesteuert. Beim öffnen des Schützes 3 vi*d der Verbraucher 3 vom Wechselrichter 1 getrennt. Mit dem Sohüt· β kanu tin eiektA&Udrner' %IAIter 9 in Reihe geschaltet

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sein, welcher wie der elektronische Schalter 7 aufgebaut ist. Kurz nach dem Einschalten des Schalters 7 werden Steuerimpulse an eine Löscheinrichtung für die Thyristoren des Schaltgliedes gegeben oder es wird die Ansteuerung dieser Thyristoren unterbrochen, so daß diese beim nächsten Nulldurchgang des Stromes . verlöschen. Dem Wechselrichter 1 ist ein Energiespeicher 4 nachgeschaltet, welcher zur Spannungs- und Stromhaltung im Falle

■v einer Störung des Wechselrichters 1 zum Beispiel Drosselspulen und Kondensatoren enthält. Die Speicherkapazität des Speichers ist so bemessen, daß Spannungen und Strom langer als die Zeit etwa konstantgehalten werden, die zwischen dem Auftreten einer Störung und dem Umschalten des Verbrauchers 3 auf das Bereitschaftsnetz 2 vergeht.

Mit Hilfe einer Gleichlaufeinrichtung 5 wird der Wechselrichter 1 im Gleichlauf gehalten mit dem Bereitschaftsnetz 2. Der Einrichtung 5 ist ein gesondertes Überwachungsorgan 10 zugeordnet, das den ordnungsgemäßen Betrieb der Einrichtung 5 überwacht. Wird während der Versorgung des Verbrauchers 3 aus dem Wechselrichter 1 der Gleichlauf gestört, dann steuert das Überwachungsorgan 10 das öffnen des Schaltschützes 11, so daß der Verbraucher sowohl durch den gesperrten elektronischen Schalter 7 als auch durch das Schütz 11 vom Bereitschaftenetz 2 getrennt ist. Für den Fall, daß dabei eine Störung ist Versörgungswechselrichter 1 auftritt, ist im Nebenschluß zum Schalter 7 umd zum Schütz 11 ein Überbrüokungeschütz 12 vorgesehen, das nach dem Offnen des Schaltschützes 3 geschlossen wird, so daß in einem solchen Falle der Verbraucher wenigstens mit unterbrechung seiner Versorgungsapannung auf das Bereitschaften·*;* 2 uagesohalttt

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werden kann» '^w

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Das Umschaltverfahren gemäß der Erfindung ist auch "bei Gleichstromversorgungsanlagen anwendbar. Bei einer solchen Anlage kann das Versorgungsaggregat 1 z. B. ein an ein Wechselstromnetz angeschlossener statischer Gleichrichter sein. Diesem Gleichrichter sind wieder Überwachungsorgane 6 zugeordnet. Die Glättungs· einrichtung am Ausgang des Gleichrichters 1 kann als Energiespeicher 4 verwendet werden. Auf der anderen Seite der Anlage kann z. B. ein batteriegespeistes Gleichstromnetz als Bereitschaftsnetz 2 bzw. ein an einem Wechselstromnetz angeschlossener sta-

tischer Gleichrichter als Ersatzaggregat vorhanden sein. Die elektronischen Schalter 7 und 9 sind nur einzelne Thyristoren oder Leistungstransistoren. Eine Gleichlaufeinrichtung mit Überwachung wird nicht benötigt, sondern lediglich gleichgroße Gleichspannungen der Aggregate 1 und 2. Eine Störung im Gleichrichter wird von einem der überwachungsorgane 6 erfaßt und es wird das Umschalten des Verbrauchers 3i der z. B. ein Wechselrichter einschließlich seiner Steuerungseinrichtung sein kann, auf ein Bereitschaftsnetz oder den Ersatzgleichrichter 2 in gleicher Weise wie bei der oben beschriebenen Wechselstromversorgungsanlage gesteuert.

In allen Anwendungsfällen sichert das Verfahren gemäß der Erfindung ein sehr schnelles Umschalten eines Verbrauchers von einem regulären Versorgungsaggregat auf ein Ersatzaggregat, wobei die Ablösung der Versorgungsspannung bzw. des Stromes durch

die Ersatzspannung bzw. den Ersatzstrom praktisch übergangsfrei verläuft. Nach dem gleichen Verfahren kann auch das Rückumschalten des Verbrauchers auf das reguläre Versorgungsaggregat gesteuert

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werden. Zu diesem Zweck sind unter den ÜberwachungsOrganen 6 auch solche vorgesehen, welche auf das Wiederkehren der vollen Versorgungsspannung des Aggregates 1 ansprechen, sodann zuerst das elektronische Schaltglied 9 einschalten und anschließend das Schaltglied 7 ausschalten. Bei Wechselstromversorgung ist durch das Überwachungsorgan 10 sichergestellt, daß dieses Rückumschalten nur bei Gleichlauf der Aggregate 1 und 2 erfolgen kann.

8 Seiten Beschreibung
13 Patentansprüche
1 Zeichnung

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. 1765270 Prankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai f§ ' ri nichtgt- d-.twerd Unger/ws Erf.-Nr. 44/196 Patentansprüche :

1.) Verfahren zum unterbrechungsfreien Umschalten eines Verbrauchers von einem Stromversorgungsaggregat auf ein Bereitschaftsnetz oder Ersatzaggregat beim Auftreten von Störungen im Stromversorgungsaggregat, angewandt bei Versorgungsstromkreisen, in welchen zwischen dem Stromversorgungsaggregat bzw. dem Bereitschaftsnetz oder Ersatζaggregat und dem Verbraucher Schaltglieder angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromversorgungsaggregat ein Energiespeicher (4·) aus an sich bekannten Stromkreiselementen nachgeschaltet ist, der die Verbraucherspannung bei einer Störung des Aggregates für eine gewisse Zeit aufrechterhält, und daß das Stromversorgungsaggregat bei einer Wechselstromversorgung durch eine Gleichlaufeinrichtung (5) ständig in Gleichlauf mit dem Bereitschaftsnetz oder dem Ersatzaggregat (2) gehalten wird und beim Auftreten einer Störung das Umschalten von ÜberwachungsOrganen (6) des Aggregates (1) ausgelöst und so durchgeführt wird, daß ein Schaltschütz oder ein ο elektronischer Schalter (7)j der im Stromkreis des Bereitschaftsc& netzes oder des Ersatzaggregates (2) liegt, beim Ansprechen eines Jf der Überwachungsorgane (6) des Stromversorgungsaggregates (1)

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_m eingeschaltet und die Schaltschütz (8) und/oder ein elektronischei

#* !Schalter (9)» der im Versorgungsstromkreis des Aggregates (1)

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liegt, verzögert innerhalb der Wirkungsdauer des Speichers (4) geöffnet wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energiespeicher (4) verwendet wird, welcher Drosselspulen ' und/oder Kondensatoren enthält.

3·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher (4) eine rotierende elektrische Maschine mit einer Schwungmasse verwendet wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß bei Wechselstromversorgung das Stromversorgungsaggregat (1) ein statischer Wechselrichter, das Bereitschaftsnetz oder das Ersatzaggregat (2) ein Wechselstromnetz bzw. ein Ersatzwechselrichter ist und die elektronischen Schalter (71 9) aus Thyristoren Triacs oder Leistungstransistoren bestehen.

5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, angewandt bei einer Anlage mit einem einphasigen Wechselrichter.

6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, angewandt bei einer Anlage mit einem Drehstromwechselrichter. :

7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gleichstromversorgung das Stromversorgungsaggregat (1) ein statischer Gleichrichter, das Bereitschaftsnetz oder das Ersatzaggregat (2) ein Gleichstromnetz bzw. eine Batterie oder ein Ersatzgleichrichter ist und die elektronischen Schalter (7, 9)

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aus ausschaltbaren oder mit einer Löscheinrichtung versehenen Thyristoren oder aus Leistungstransistoren bestehen.

8.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromversorgungsaggregat (1) Überwachungsorgane (6) vorge-' sehen sind, die beim Auftreten von Spannungseinbrüchen und/oder Überspannungen auf der Eingangs- und Ausgangsseite des Aggregates ansprechen.

9·) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7) dadurch gekennzeichnet, daß im Stromversorgungsaggregat (1) Überwachungsorgane (6) vorgesehen sind, die bei einer inneren Störung des Aggregates ansprechen.

10.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß im Stromversorgungsaggregat (1) Überwachungsorgane (6) vorgesehen sind, die bei einem Ausbleiben der positiven und/oder negativen Sperrspannung an einem Thyristor des Aggregates ansprechen.

11.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5) für den Gleichlauf der Spannung des statischen Wechselrichters (1) mit der Spannung des Bereitschaftsnetzes oder des Ersatzwechselrichters (2) durch ein weiteres Überwachungs organ (1O) überwacht wird, das beim Auftreten einer Störung in der Einrichtung ein Schaltschütz (11) öffnet, das zwischen dem Bereitschaftsnetz bzw. Ersatzwechselrichter und dem Verbraucher (3) angeordnet ist.

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12.) Verfahren nach Anspruch 1 "bis 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Schaltschütz (12) vorgesehen ist, das im Nebenschluß zum elektronischen Schalter (7) und zum Schaltschütz (11) liegt und bei einer Störung der Gleichlaufeinrichtung (5) ein Umschalten mit Unterbrechung ermöglicht.

13.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 und 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltschütz (12) auch nach dem Einschalten des elektronischen Schützes (7) anspricht und dieses überbrückt.

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