AT396193B - Geraet zur optimalen sicherung des pufferbetriebes der akkumulatorenbatterien und aufladegeraete von transformatorenstationen und kraftwerken - Google Patents

Description

AT 396 193 B

Gerät zur optimalen Sicherung des Pufferbetriebes der Akkumulatorenbatterien und Aufladeperäte von Transformatorenstationen und Kraftwerken

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur optimalen Sicherung des Pufferbetriebes der Akkumulatorenbatterien und 5 Aufladegeräte von Transformatorenstationen und Kraftwerken, welches eine, an einer Wechselspannung-Speisequelle angeschlossene, mit Gleichrichter, Sieb und Spannungsregler versehene Aufladeeinheit und einen, zu der Aufladeeinheit parallelgeschalteten Akkumulator aufweist Bei diesen Hilfsanlagen wird der Verbraucherbedarf von einer unterbrechungsfreien Netzspeiseeinheit gesichert welche einen zu einer Aufladeeinheit parallelgeschalteten Akkumulator enthält, welcher bei kurzzeitigem /5-1000 msec/ oder langzeitigem Ausfall der Netzspannung 10 die Kontinuität des Betriebes sichert

Derartige sogenannte Pufferbatterien funktionieren gemäß der dazeitigen Praxis auf die Weise, daß da Akkumulator zu der Aufladeeinrichtung unmittelbar parallelgeschaltet ist Die Spannung des Akkumulators ist auf einen durch die Aufladeeinrichtung bestimmten Wert ausgewählt

Wird jedoch beachtet, daß die Ausgangsspannung der Aufladeeinrichtungen auch im Falle einer hochgradigen 15 Siebung noch Wechselspannungskomponenten beinhaltet, kommt die Siebwirkung des Akkumulators mit geringem inneren Widerstand weitgehend zur Geltung. Diese Siebwirkung bedeutet daß der Akkumulator bei konstanter Gleichstrombelastung einen Strom liefert dessen Größe durch die in der Spannungsminima der Ladespannung da Aufladeeinrichtung gegeben ist dagegen bei den Spannungsspitzen diesen Strom als Aufladestrom aufnimmt Infolgedessen fließt über den Akkumulator nur eine geringe Gleichstromkomponente und ein von dem Gleich-20 ström des Veibrauchos abhängiger Wechselstrom. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit werden die bekannten Auf ladeeinrichtungen mit Mehrphasen- und Mehrweggleichrichtung ausgebUdet, somit ist die Frequenz des üba den Akkumulator fließenden Wechselstromes bedeutend höher als die Betriebsfrequenz. Da üba den Akkumulator fließende Wechselstrom führt jedoch zur Verringerung der Lebensdauer der Akkumulatoren. Bei Gleichstrom-hilfsanlagenveibrauchem besteht da grundsätzliche Bedarf an einer ununterbrochenen Speisestromversorgung. Es 25 besteht weitahin eine Vorschrift für die Welligkeit der Speisespannung, welche in den Grenzen von 3 - 5 % gehalten werden soll. DarÜberhinaus ist vorgegeben, wie weit der Gleichspannungswert in positiver bzw. negativa Richtung schwanken darf.

Aus der DE-OS 253.1680 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein elektronischer Schalter an Transistoren angeschlossen ist, sodaß da Spannungsabfall an den Dioden nicht mehr so groß ist und nicht beide 30 Battoien belastet werden. Hier ist aber nicht berücksichtigt, daß der Strom auch eine Wechselstromkomponente haben kann und bei diesem Vorhalt sind bei den Wellenminimumwerten da Spannung die Schaltelemente imma durchgeschaltet.

In da beigefügten Fig. 1 ist die Zeitfunktion des Stromes von Akkumulatoren mitkonstanta Belastung für den Fall veranschaulicht wenn das Gerät eine mitPhasenspaltrcgelung betätigte Aufladeeinrichtung enthält Bei 35 diesa Funktion zeigt da positive Strom die Aufladung, während der negative Strom die Entladung veranschau-licht.

In Fig. la ist die Ändoung der Wechselspannungskomponente am Akkumulator in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt Aus fig. la ist ersichtlich, daß die Spannung (Ua) des Akkumulators zwischen der maximalen (U{) und minimalen (Ut), d. h. zwischen (Utmax) und (Utmjn) schwankt Die Gleichstrombelastung der 40 Hilfsanlange war in dem geprüften Zeitraum konstant Aus den Figuren (la) und (lb) geht deutlich hervor, daß der üba den Akkumulator fließende Strom ein an Oberwellen reicher Wechselstrom ist Das ist darauf zurückzuführen, daß, wenn die Spannung der Speiseeinheit bzw. der Aufladeeinrichtung goinga als die Spannung des Akkumulators ist der Akkumulator den gesamten Strom führt, wenn jedoch die Spannung da Aufladeeinrichtung größer als die Spannung des Akkumulators ist führt die Aufladeeinrichtung über die gesamte Belastung 45 hinaus auch den zur Aufrechterhaltung der Aufladung des Akkumulators erfordalichen Ladestrom.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt ein Gerät zu schaffen, bei welchem der Akkumulator bei Vorhandensein da Speisespannung vollkommen von der Belastung abgeschaltet ist d. h. es soll gesichert werden, daß der Akkumulatorstrom keine Wechselstromkomponente enthält, d. h. periodisch die Richtung nicht wechselt Dadurch kann die elektrolytische und mechanische Inanspruchnahme des Akkumulators bedeutend verringert 50 werden und die Lebensdaua des Akkumulators wesentlich erhöht werden.

Die Erfindung ist somit ein Gerät zur optimalen Sicherung des Pufferbetriebes da Akkumulatorenbatterien und Aufladegeräte von Transformatorenstationen und Kraftwerken, welches eine an einer Wechselspannungs-Speisequelle angeschlossene Aufladeeinheit die mit Gleichrichter, Sieb und Spannungsregler versehen ist und einai zu da Auf ladeeinheit parallelgeschalteten Akkumulator auf weist und gemäß da Erfindung daart ausgebildet 55 ist daß zwischen einem Ausgang der Aufladeeinheit und einem Ausgang des Akkumulators je ein Eingang einer, den Akkumulator bei Vorhandensein der Speisespannung von dem Ausgang des Gaätes vollkommen abschaltenden Entkopplungseinheit eingefügt ist, wobei ein Ausgang der Enlkopplungseinheit den Ausgang des Gerätes bildet und daß die Entkopplungseinheit zwischen ihren beiden Eingängen mindestens eine Diode und einen zwischen dem an dem Akkumulator angeschlossenen Eingang und ihrem Ausgang geschalteten stabilen 60 Spannungsminderer auf weist desweiteren daß parallel zu dem stabilen Spannungsmindoer ein Schalter geschaltet ist -2-

AT 396 193 B

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Schalter mit einem an dem Ausgang der Aufladeeinheit seriell angeschlossenen Stromdetektor betätigt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Ausgang der Aufladeeinheit und dem Ausgang des Gerätes ein weiterer Schalter eingefügt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem an dem Ausgang der Aufladeeinheit angeschlossenen Eingang der Entkopplungseinheit und dem, an dem Ausgang des Akkumulators angeschlossenen Eingang der Enkopplungseinheit ein stabiler Spannungsminderer seriell eingefügt ist, während zwischen dem Ausgang des Gerätes und dem Ausgang des Akkumulators mindestens eine Diode seriell eingebunden ist

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Ausgang der Aufladeeinheit und dem Ausgang des Gerätes ein Schalter eingefügt

Nachstehend wird das »findungsgemäße Gerät anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefugten Zeichnung»! näh» »läutert In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Zeitfunktion der Spannung und des Stromes des Akkumulators bei bekannten Aufladeeinrichtungen,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 ein weiteres Ausfühnmgsbeispiel d» Erfindung.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Zeitfunktion wurde bereits oben »läut»t. Zur Verring»ung der Wechselspannungskomponente des hi» veranschaulichten Stromes wurde das erfindungsgemäße Gerät entwickelt, dessen eine mögliche Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt ist In Fig. 2 ist ein Blockschema ein» bevorzugten Ausführungsform zu seh»i. Wie aus Fig. 2 hervorgeht ist eine Wechselspannungs-Speisequelle (1) vorgesehen, die an einer Aufladeeinheit (2) angeschlossen ist. Die Aufladeeinheit (2) weist einen Gleichrichter, Sieb und einen Spannungsregler auf, wobei bei der vorliegenden Ausführungsform ein Spitzen-Spaimungsregl» als Spannungsregler eingebaut ist. Ein Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) ist über einen Stromdetektor (5) an einem Eingang (3.1) einer Entkopplungseinheit (3) angeschlossen. Ein anderer Eingang (3.2) der Entkopplungseinheit (3) ist mit einem Akkumulator (4) verbunden, bei dem vorliegend»! Ausführungsbeispiel ebenfalls über den Stromdetektor (5). Ein anderer Ausgang (4.2) des Akkumulators (4) ist mit einem weiteren Ausgang (2.2) d» Aufladeeinheit (2) v»bunden, und diese bilden einen Ausgang des Gerätes, an dem die Belastung (Rt) angeschlossen ist. Einen and»en Ausgang des Gerätes bildet entweder d» Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) oder der Ausgang (4.1) des Akkumulators (4) in Abhängigkeit davon, ob an d» Speisequelle (1) eine Speisespannung anliegt oder nicht. Die Entkopplungseinheit (3) enthält eine zwischen den Eingängen (3.1) und (3.2) in Reihe eingefügte Diode (Dl) und zwischen dem Eingang (3.2) und dem Ausgang (3.3) eingefügten stabilen Spannungsminderer (8), der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus seriell geschalteten Dioden (Dl...Dn) besteht und mit einem Schalter (6) überbrückt ist. Wobei der Schalter (6) dazu dient, bei Spannungsausfall an d» Speisequelle (1) den stabilen Spannungsminder» (8) kurzzuschließen und somit zu sichern, daß die vollständige Spannung des Akkumulators (4) an die Belastung (Rt) gelangt Der Ausgang (3.1) und der Ausgang (3.3) sind durch einen weiteren Schalter (7) überbrückt, mittels dessen gegebenenfalls die gesamte Enkopplungseinheit (3) ausgeschalt» werden kann.

Der Schalter (6) kann vorzugsweise auch auf die Weise betätigt werden, daß » mit dem Stromdetektor (5) verbunden wird, d. h. wenn der gemessene Strom einen vorgegebenen Wert unterschreitet schließt er den stabilen Spannungsminderer (8) automatisch kurz und ermöglicht die Speisung von dem Akkumulator (4).

Bei d» vorliegenden Ausführungsform schaltet der stabile Spannungsminderer (8) solange die Belastung (Rt) von dem Akkumulator (4) ab, solange am Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) befindliche Spannung größer ist als die Summe d» Spannungen des Akkumulators (4) und des stabilen Spannungsminderers (8). Wenn jedoch die Spannung d» Aufladeeinheit (2) unter die Spannung des Akkumulators (4) sinkt, übernimmt der Akkumulator (4) automatisch die Versorgung der Belastung (Rt). Es ist vorteilhaft, den Wert d» Spannung des stabilen Spannungsminderers (8) auf den Wert der zugelassenen Welligkeit einzustellen. Der Spannungs-regler der Aufladeeinheit (2) hat dagegen als Spitzenspannungsregler zu funktionieren.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Spannungsregler der Aufladeeinheit (2) auf den zugelassenen Wert (Utm;n) einzustellen, da hier der stabile Spannungsminderer (8) zwischen den beiden Eingängen (3.1) und (3.2) seriell eingefügt ist. Zwischen dem Eingang (3.1) und dem Ausgang (3.3) ist ein Schalter (9) eingefügt. Durch die gemäß der Erfindung realisierte Anordnung wird gesichert, daß der Strom des Akkumulators (Iakku) periodisch die Richtung nicht wechselt, dadurch wird die in dem Akkumulator (4) entstehende und mit Betriebsfrequenz oder deren Vielfachem wechselnde elektrolytische und mechanische Inanspruchnahme verhindert.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete und in Fig. 2 gezeigte Gerät funktioniert folg»id»weise:

Die Wechselstrom-Speisequelle (1) und die mit Gleichrichter, Sieb und Regelungseinheiten versehene Aufladeeinheit (2) erzeugen die den Anforderungen in Hinsicht auf Welligkeit und Stabilität entsprechende Gleichspannung, die einerseits auf die positive Sammelschiene, d. h. den Ausgang (3 J) und anderseits üb» die -3-

Claims (5)

1. AT 396 193 B Diode (Dl) an den positiven Ausgang (4.1) des Akkumulators geschaltet wird, dadurch werden die an der Schiene angeschlossenen Verbraucher varsorgt und fallweise durch Dauerladung oder Schnelladung der Akkumulator (4) aufgeladen. Der positive Schalterungspunkt des Akkumulators (4) ist über einen stabilen Spannungsmin-deier (8) ebenfalls an der positiven Schiene angeschlossen. Bei Ausfall der Netzversorgung speist der Akkumulator (4) über den stabilen Spannungsminderer (8) die Gleichstromverbraucher. Der stabile Spannungs-minderer (8) hat die Aufgabe, von dem Belastungsstrom praktisch unabhängig die auf die Schiene gelangende Spannung des Akkumulators (4) um einen im voraus bestimmten Wert zu verringern. Das Maß der Spannungs-verringerung wird vorzugsweise auf den Wert der Welligkeit eingestellt In diesem Fall bleibt auf der Schiene bei Ausfall der Wechselspannung eine dem minimalen Wert der Welligkeit entsprechend große, glatte Gleichspannung. Eine andere mögliche Lösung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Bei dieser Lösung ist es ebenfalls zweckmäßig, den Spannungsabfall auf den dem Wert von Spitze zu Spitze der Welligkeit entsprechend einzustellen, in diesem Falle ist es zweckmäßig, den Akkumulator auf den minimalen Wert der Welligkeit der Speisespannung aufzuladen und bei Ausfall der Wechselspannung wird diese Spannung nun ohne weiteren ansichtlich erfolgenden Abfall auf die Schiene geschaltet Mit Hilfe des erfindungsgemäß ausgebildeten Gerätes wird verhindert daß an dem Akkumulator (4) eine Inanspruchnahme auftritt, deren Größe von dem Belastungsstrom abhängt und deren Frequenz der Betriebsfrequenz entspricht Es ist gesichert, daß solange an der Speisequelle (1) eine Spannung anliegt bzw. am Ausgang der Aufladeeinheit (2) eine ausreichend große Spannung anliegt der Akkumulator (4) von der Belastung (Rt) getrennt ist Sollte die Spannung ausfallen oder sollten sonstige Störungen im Wechselstromnetz auftreten, übernimmt der Akkumulator (4) die Versorgung. PATENTANSPRÜCHE 1. Gerät zur optimalen Sicherung des Puffeibetriebes der Akkumulatorenbatterien und Aulladegeräte von Transformatorenstationen und Kraftwerken, welches eine, an einer Wechselspannung-Speisequelle angeschlossene, mit Gleichrichter, Sieb und Spannungsregler versehene Aufladeeinheit und einen, zu der Aufladeeinheit parallelgeschalteten Akkumulator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) und einem Ausgang (4.1) des Akkumulators (4) je ein Eingang (3.1, 3.2) einer, den Akkumulator (4) bei Vorhandensein der Speisespannung von dem Ausgang des Gerätes vollkommen abschaltenden Entkopplungseinheit (3) eingefügt ist, wobei ein Ausgang (3.3) der Entkopplungseinheit (3) den Ausgang (3.3) des Gerätes bildet, und daß die Entkopplungseinheit (3) zwischen ihren beiden Eingängen (3.1, 3.2) mindestens eine Diode (Dj) und einen zwischen dem an dem Akkumulator (4) angeschlossenen Eingang (3.2) und ihrem Ausgang (3.3) geschalteten stabilen Spannungsminderer (8) aufweist, desweiteren daß parallel zu dem stabilen Spannungsminder«: (8) ein Schalter (6) geschaltet ist.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (6) von einem, seriell an dem Ausgang der Aufladeeinheit (2) angeschlossenen Stromdetektor (5) betätigt ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) und dem Ausgang (3.3) des Gerätes ein weiterer Schalter (7) eingefügt ist.
4. 4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem, an dem Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) angeschlossenen Eingang (3.1) der Entkopplungseinheit (3) und dem, an dem Ausgang (4.1) des Akkumulators (4) angeschlossenen Eingang (3.2) der Entkopplungseinheit (3) seriell ein stabiler Spannungsminderer (8) geschaltet ist, wohingegen zwischen dem Ausgang (3.3) des Gerätes und dem Ausgang (4.1) des Akkumulators (4) mindestens eine Diode (Dj) seriell eingeschaltet ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (2.1) der Aufladeeinheit (2) und dem Ausgang (3.3) des Gerätes ein Schalter (9) eingefügt ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-