DE1690027C2

DE1690027C2 - Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung eines elektrischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE1690027C2
Application number: DE1690027A
Authority: DE
Inventors: Erwin Moreis; Kurt Dipl.-Ing. Sammler; Karl Saubert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1967-08-11
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE1690027B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung eines elektrischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Schaltungsanordnungen sind durch die DT-AS 11 36 764 und 10 33 736 bekannt. Als netzunabhängige Stromquellen sind dort Akkumulatoren verwendet.

Die Zuverlässigkeit und die Spannungskonstanz der öffentlichen Starkstromnetze sind für die für Nachrichtenübertragungs- und Meßeinrichtungen erforderliche Betriebssicherheit oft nicht ausreichend. Eine weit verbreitete Einrichtung zur betriebssicheren, d.h. unterbrechungsfreien Stromversorgung von z. B. elektrischen Übertragungseinrichtungen besteht darin, daß im normalen Betrieb dem öffentlichen Net7 Wechselstromenergie entnommen, durch Gleichrichtergeräte in Gleich»u-'menergie umgeformt und gegebenenfalls nach Stabilisierung den Gleichstromverbrauchern zugeführt wird. Wechselstromverbraucher werden unter Zwischenschalten eines Umformers, z. B. eines Wechselrichters, ebenfalls von den Gleichrichtergeräten gespeist. Den Gleichstromverbrauchern ist eine Speicherbatterie über einen elektronischen und oder mechanischen Schalter parallel geschaltet, die im Normalbetrieb an der Energielieferung nicht teilnimmt und ausschließlich als Energiespeicher für die Zeit eines Netzausfalls bestimmt ist. In diesem Fall übernimmt der Energiespeicher selbsttätig die Stromversorgung des Verbrauchers.

Derartige Anlagen bedürfen einer sorgfältigen Pflege und erfordern oft einen erheblichen zusätzlichen Aufwand. Zum Beispiel ist es notwendig, die Batterien nach einem Neuausfall wieder zu laden, um dadurch den vollen Füllungsgrad zu erhalten.

Da Batterien aus wirtschaftlichen Gründen nicht beliebig groß gewählt werden können, ist die Speicherkapazität bei längerem Netzausfall oft nicht ausreichend. In wichtigen Anlagen ist daher zusätzlich ein Notstromaggregat zur Energielieferung vorgesehen, das z.B. aus einem Verbrennungsmotor mit einem Wechselstromgenerator besteht. Auf eine Speicherbatterie kann hier jedoch auch nicht verzichtet werden, da mindestens die Anlauf- und Umschaltzeit des Notstromaggregats überbrückt werden muß. Aber auch aus anderen Gründen wird auf eine Speicherbatterie oft nicht verzichtet werden können (z.B. Ausfall des Gleichrichtergerätes}. Die Verwendung z. B. von Dieselaggregaten bringt nicht nur einen weiteren erheblichen Mehraufwand, sondern neue Unsicherheiten bei Netzausfall.

Es wurde auch bereits auf die Verwendungsmöglichkeiten von Brennstofffelementen, z. B. für den Betrieb von Notstromanlagen, hingewiesen, ohne jedoch schaltungstechnische Maßnahmen für eine wirtschaftliche Verwendung anzugeben (W. Vielstich, »Brennstoffelemente«. 1965. S. 367 bis 370).

Gemäß der Erfindung wird der wirtschaftliche Einsatz einer Brennstoffzellenbatterie als unabhängige Stromquelle bei der eingangs erwähnten Schaltungsanordnung dadurch erreicht, daß deren Energie nach Fortfall einer an die Brennstoffzellenbatterie mit der des Netzgleichrichters entsprechenden Polung angeschalteten, von der Netzspannung abgeleiteten Sperrspannung unverzögert freigebbar ist.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine netzunabhängige Ersatzstromquelle zu verwenden, die wartungsfrei ist, eine hohe Lebensdauer hat und wirtschaftlich betreibbar ist. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben

F i g. 1 zeigt eine Stromversorgungsanlage, bestehend aus einem Leistungsgleichrichter G/l, der aus einem Wechselstromnetz betrieben wird, einem Speicherkondensator C, einer mit gasförmigem Wasserstoff und Sauerstoff betriebenen Brennstoffzellenbatterie BZ, einer Überwachungseinrichtung Ü und einem Schalters S Der ebenfalls am Netz liegende Hilfsgleichrichter Gl 2 ist gleichstromseitig den Brennstoffzellen BZ parallel geschaltet. Im normalen Betrieb werden die Verbraucher V über den Gleichrichter Gi 1 gespeist. Die in diesem Zustand vom Hilfsgleichrichter G/2 gelieferte Spannung liegt als Sperrspannung an der Brennstoffzellenbatterie und ist von solcher Größe, daß der Gaseigenverbrauch der Brennstoffzellen in diesem Zustand nahezu gleich Null wird. Die Überwachungseinrichtung Ü steuert bei Netzausfall einen mechanischen Schalter S (Schaltschütz) und schaltet die Brennstoffzellenbatterie an den Verbraucher. Die im Kondensator C gespeicherte Energie verhindert einen unzulässigen Spannungseinbruch während des Schaltvorgangs des Schalters S.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 unterscheidet

r,^;ch von dem nach Fig.l durch Fortfall eines besonderen Speicherkondensators Cund durch Anwendung eines elektronischen Schalters, eines Thyristors T, der durch seine extrem kurze Schaltzeit einen störenden Spannungsrückgang während des Lmschaltens von Netzbetrieb auf Netzersatzbetrieb vermeidet Die Verwendung eines Thyristors zur Parallelschaltung ist an sich bekannt (DT-PS 11 32 232). Bei Netzausfall wird der Thyristor durch einen von der Überwachungseinrichtung O gelieferten Impuls gezündet, so daß die Brennstoffzellenbatterie die Stromlieferung infolge der sehr kurzen SchaJtzei* auch dann unterbrechungslos übernehmen kann, wenn kein besonderer Energiespeicher vorhanden ist. Nachdem der Thyristor Tgezündet hat, wird der der Anoden-Kathodenstrecke des Thyristors T parallelliegende Schalter 5 geschlossen. Bei Wiederkehr der Netzspannung wird de.· Schalter S geöffnet und dadurch die Brennstoffzellenbatterie BZ abgeschaltet, weil der Thyristor durch Schließen des Schalters S wieder gelöscht wurde und sich daher im gesperrten Zustand befindet.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 geht von der an sich bekannten Unterteilung der Ersatzstromquelle aus (AEG-Mitt, 1957, S. 175/176). Die Anwendung dieser Schaltung ist immer dann vorteilhaft, wenn der Verbraucher nach Ausfall der Netzspannung nicht mit verringerter Speisespannung aus der Brennstoffzellenbatterie weiter versorgt werden kann, weil z. B. der bei Belastung der Brennstoffzellenbatterie auftretende Spannungsabfall nicht aus.geregelt werden kann. In der Schaltung nach Fig.3 liegt nur ein Teil a einer Brennstoffzellenbatterie BZdem Verbraucher Vständig parallel. Der Teil b der Brennstoffzellenbatterie wird beim Netzausfall mittels des von der Überwachungsschaltung Ogesteuerten Schalters 51, der ein Tliyristor sein kann, in Reihe mit dem Teil a an den Verbraucher geschaltet. Teil b der Brennstoffzellenbatterie ist so bemessen, daß er den bei Belastung der Brennstoffzellen am Teil a entstehenden Spannungsabfall kompensiert Uni den Eigenverbrauch in Teil b der Brennstoffzellenbatterie zu vermeiden, ist dieser an eine Sperrspannung geschähet, die im Gleichrichtergerät G/2 erzeugt wird. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses des Teils b der Brennstoffzellenbatterie nach deren Anschaltung an den Verbraucher ist in die Leitung zur Anzapfung der Brennstoffzellenbattene eine dementsprechend gepolte Diode eingeschaltet.

An Stelle von mit gasförmigem Sauerstoff und Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellen können auch nach anderem Prinzip arbeitende Brennstoffzellen treten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere der elektrischen Nachrichtenübertragungs- und Meßtechnik, enthaltend einen Netzgleichrichter zur Stromversorgung des Verbrauchers aus einem Wechselstromnetz und wenigstens eine weitere, dem Verbraucher parallelgeschaltete netzunabhängige Stromquelle, die bei Netzausfall selbsttätig an den Verbraucher geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als unabhängige Stromquelle eine Brennstoffzellenbatterie vorgesehen ist, deren Energie nach Fortfall einer an die Srennstoffzellenbattirie mit der des Netzgleichrichters entsprechenden Polung angeschalteten, von der Netzspannung abgeleiteten Sperrspannung unverzögert freigebbar ist, wobei die Sperrspannung so bemessen ist, daß der Eigenverbrauch der betriebsbereiten Brennstoffzellen nahezu gleich Null ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltung der Brennstoffzellen an den Verbraucher mittels Thyristoren erfolgt
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzellenbatterie ζ. Β. durch eine Anzapfung unterteilt ist und daß ein Teil (der Brennstoffzellenbatterie), deren Leerlaufspannung kleiner ist als die Gleichrichterspannung, dem Verbraucher ständig parallel liegt und daß ferner der andere Teil der Brennstoffzellenbatterie nach Netzausfall in Reihe mit dem ersten Teil an den Verbraucher angeschaltet ist.