DE1763527B1 - SWITCHING DEVICE ACTUATED WHEN A DEFINED ELECTRICAL POWER IS EXCEEDED - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, die bei Dberschreiten einer vorgegebenen Grenze einer Wirk-, Blind-oder Scheinleistung betätigt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag einer von der Meßspannung abgeleiteten Gleichstromgröße bei der Messung einer Scheinleistung zu dem Betrag einer vom Meßstrom abgeleiteten Gleichstromgröße und bei der Messung einer Wirk-oder Blindleistung zu dem Betrag einer vom Meßstrom abgeleiteten und von der Meßspannung phasengesteuerten GleichstromgröBe addiert wird und zur richtigen Erfassung des vorgegebenen Leistungsgrenzwertes bei Nennspannung die einzelnen Summanden gleich groß sein müssen und die Summe dieser Beträge einer Vergleichseinrichtung zugeführt wird, die diese Summenspannung mit einer einstellbaren Referenzspannung vergleicht und bei Überschreiten der Referenzspannung einen Schalter in die Arbeitsstellung steuert und bei einer nachfolgenden Unterschreitung der Referenzspannung die Rückstellung des Schalters in die Ausgangsstellung bewirkt, und daß die vom Meßstrom abgeleitete Größe bei nicht phasengesteuerter Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung der Scheinleistung, bei durch die Meßspannung phasengesteuerter Gleichrichtung der Wirkleistung, und bei einer 90°-Phasendrehung durch das Phasendrehglied der Blindleistung proportional ist. The switching device according to the invention, which when a predetermined limit of an active, reactive or apparent power is actuated, is thereby characterized in that the amount of a direct current quantity derived from the measurement voltage when measuring an apparent power to the amount of one derived from the measuring current Direct current quantity and when measuring an active or reactive power to the amount a direct current quantity derived from the measuring current and phase-controlled by the measuring voltage is added and for the correct detection of the specified power limit value Nominal voltage the individual summands must be the same and the sum of these Amounts are supplied to a comparison device, which this sum voltage with an adjustable reference voltage and when the reference voltage is exceeded controls a switch in the working position and a subsequent one Falling below the reference voltage causes the switch to be reset to its initial position, and that the variable derived from the measuring current in the case of non-phase-controlled rectification in the rectifier arrangement of the apparent power, with phase-controlled by the measuring voltage Rectification of the active power, and with a 90 ° phase rotation by the phase shift element is proportional to the reactive power.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung für eine einphasige Anlage zur Erfassung z. B. der Wirkleistungsgrenze. The drawing shows an embodiment of the arrangement for a single-phase system for recording z. B. the active power limit.

Die von der Meßspannung U und vom Meßstrom I über die Wandler 1 und 2 abgeleiteten Größen u und i werden den Gleichrichtern 3 und 4 zugeführt. Der Gleichrichter 3 ist ein Einweg-oder Doppelweggleichrichter zur Scheitel-oder Mittelwertgleichrichtung. The from the measuring voltage U and from the measuring current I via the transducers 1 and 2 derived quantities u and i are fed to rectifiers 3 and 4. The rectifier 3 is a half-wave or full-wave rectifier for peak or mean value rectification.

Die Gleichrichteranordnung 4 wird durch ein Phasendrehglied 5 derart gesteuert, daß bei sinusförmiger Kurvenform der Spannung und des Stromes die Ausgangsgleichspannung dem Wert I cos ç proportional ist, wobei p den Phasenwinkel zwischen der Spannung U und dem Strom I darstellt.The rectifier arrangement 4 is implemented by a phase shifter 5 in this way controlled that with sinusoidal waveform of the voltage and the current the output DC voltage is proportional to the value I cos ç, where p is the phase angle between the voltage U and the current I.

Das Phasendrehglied 5 hat die Aufgabe, die Phasenlage der Steuerspannung für die phasengesteuerte Gleichrichteranordnung 4 so zu verschieben, daß mögliche Phasenfehler in den Wandlern kompensiert werden und bei einer Blindleistungsmessung das von der Meßspannung abgeleitete Steuersignal für die Phasensteuerung der Gleichrichteranordnung 4 in der Phase um 90° verschoben wird. The phase shifter 5 has the task of adjusting the phase position of the control voltage for the phase-controlled rectifier arrangement 4 to move so that possible Phase errors in the converters are compensated and with a reactive power measurement the control signal derived from the measurement voltage for the phase control of the rectifier arrangement 4 is shifted in phase by 90 °.

Die Ausgangsspannungen der Gleichrichter 3 und 4 werden-der Summierstufe 6 zugeführt. Die Stufe 6 kann auch entfallen, wenn die Summierung durch Reihenschaltung der Ausgänge von 3 und 4 geschieht. The output voltages of the rectifiers 3 and 4 are - the summing stage 6 supplied. Level 6 can also be omitted if the summation is carried out in series the outputs of 3 and 4 happens.

Die Glättung erfolgt dann in bekannter Weise. Im Vergleicher 7 wird die Summenspannung mit einer definiert einstellbaren Referenzspannung Urer verglichen. Sofern die von 6 gelieferte Spannung den Wert der Referenzspannung überschreitet, wird über den Verstärker 8 das Verzögerungsglied 9 und die Relaisspule 10 der Schalter 11 geschlossen. Sofern die Eingangsspannung am Vergleicher 7 die Referenzspannung wieder unterschreitet, wird der Verstärker 8 wieder gesperrt und die Versorgung der Relaisspule 9 unterbrochen, so da# der Schalter 11 wieder in die Ausgangslage geht.The smoothing then takes place in a known manner. In comparator 7 becomes the total voltage is compared with a defined, adjustable reference voltage Urer. If the voltage supplied by 6 exceeds the value of the reference voltage, the delay element 9 and the relay coil 10 becomes the switch via the amplifier 8 11 closed. Provided that the input voltage at the comparator 7 is the reference voltage falls below again, the amplifier 8 is blocked again and the supply the relay coil 9 is interrupted, so that the switch 11 returns to its starting position goes.

Um den Fehler bei der Feststellung der eingestellten Leistungsgrenze gering zu halten, ist es erforderlich, dafür zu sorgen, da# die Summanden k'-U und k" I cos ç an der eingestellten Leistungsgrenze bei Nennspannung gleich gro# sind, wobei k'und k" Anpassungskonstanten sind. Der systematische FehlerF beträgt dann an der Leistungsgrenze bei Abweichungen der Meßspannung von der Nennspannung um ~ 10% um weniger als i 0, 5% Stellt man im Beispiel das Phasendrehglied so ein, da# die Spannung fiir die Steuerung des Gleichrichters 4 in der Phase um 90° gegen die Meßspannung U voreilt, so erhält man am Eingang des Vergleichers 7 eine Gleichspannung, die dem Wert k'U + k'' #I#sin #ind. # U #I#sin #ind. proportional ist und einer nacheilenden Blindleistung entspricht. Wählt man für 4 eine ungesteuerte Gleichrichtung, so rnißt die Anordnung an der Leistungs- grenze den Wert k'U + k"I ~ U I, der der Scheinleistung proportional ist. About the error in determining the set power limit To keep it low, it is necessary to ensure that # the summands k'-U and k "I cos ç are the same at the set power limit at nominal voltage, where k 'and k "are adaptation constants. The systematic error F is then at the performance limit if the measuring voltage deviates from the nominal voltage ~ 10% by less than i 0.5% If in the example the phasing element is set in such a way, that the voltage for the control of the rectifier 4 is opposite in phase by 90 ° the measuring voltage U leads, a direct voltage is obtained at the input of the comparator 7, which have the value k'U + k '' # I # sin #. # U # I # sin #ind. is proportional and one lagging reactive power. If you choose an uncontrolled rectification for 4, so the arrangement at the power limit the value k'U + k "I ~ U I, that of the Apparent power is proportional.

Bei Vierleitersystemen werden für die Einstellung einer Blindleistungsgrenze für die Phasensteuerung des Gleichrichters 4 diejenigen Spannungsn des 3-Phasen-Systems benutzt, die gegenüber der Meßspannung um 90° verschoben sind. In diesem Fall kann das Phasendrehglied 5 entfallen. In the case of four-wire systems, a reactive power limit is set for the phase control of the rectifier 4 those voltages of the 3-phase system used, which are shifted by 90 ° with respect to the measuring voltage. In this case it can the phase shift element 5 is omitted.

Für die Bestimmung der Leistungsgrenze in Drehstromnetzen werden die Glieder 1, 2, 3, 4 und 5 dreimal und bei Verwendung in Aronschaltung zweimal benötigt, während die Elemente 6 und folgende nur einmal vorhanden sein müssen, wenn die Summe aller von den Spannungen und Strömen abgeleiteten Spannungen dem Vergleicher 6 zugeführt werden. To determine the power limit in three-phase networks members 1, 2, 3, 4 and 5 three times and when used in Aron circuit twice required, while elements 6 and following only have to be present once, if the sum of all voltages derived from the voltages and currents corresponds to the Comparator 6 are fed.

Die Referenzspannung Urer wird dabei so gewählt, da# sie beispielsweise in einem Dreiphasen-Vierleitersystem R, S, T, O der Wirkleistungsgrenze PG entspricht. The reference voltage Urer is chosen so that # it, for example in a three-phase four-wire system R, S, T, O corresponds to the active power limit PG.

Es ist dann PG ^'Uref = k' (UR-o + Us-o + UT-o) + k''(IR cos #R + IT cos #T + IS cos #S), worin k' (UR-o + Us-o + UT-o) eine von der Summe der einzelnen Phasenspannungsbeträge abgeleitete Spannung und k" (IR COS #R + IS cos #S + IT cos #T) eine der Summe der in Richtung der jeweiligen Me#-spannung fallenden Beträge der Einzelströme proportionale Spannung ist. Entsprechendes gilt für eine Blindleistungsgrenze QG bei Phasendrehung der Steuerspannung für den Gleichrichter des Meßstromes mittels Phasendrehgliedern QG ~ Uret = k' (URO + USO + UTO) + k (IR sin #R + IS sin çs + IT sin FT) und für die Scheinleistungsgrenze SG SG ~ Urer=k (UR~O + USO + UTO) + k (IR + IS + IT). It is then PG ^ 'Uref = k' (UR-o + Us-o + UT-o) + k '' (IR cos #R + IT cos #T + IS cos #S), where k '(UR-o + Us-o + UT-o) is one of the sum of the individual Phase voltage amounts derived voltage and k "(IR COS #R + IS cos #S + IT cos #T) one of the sum of the amounts falling in the direction of the respective measurement voltage voltage is proportional to the individual currents. The same applies to a reactive power limit QG with phase rotation of the control voltage for the rectifier of the measuring current by means of Phase rotators QG ~ Uret = k '(URO + USO + UTO) + k (IR sin #R + IS sin çs + IT sin FT) and for the apparent power limit SG SG ~ Urer = k (UR ~ O + USO + UTO) + k (IR + IS + IT).

Die im Beispiel vorgesehene Schaltverzögerung 9 ist zweckmäßig, um das Einschalten des Schalters 11 infolge kurzer Leistungsstöße insbesondere bei Schaltvorgängen in der Verbraucherleitung zu vermeiden. Die Verzögerung kann von einem Thermoschalter oder von einem anderen bekannten zeitabhängigen und gegebenenfalls auch in der Zeit einstellbaren elektronischen oder mechanischen Verzögerungsglied erfolgen. The switching delay 9 provided in the example is useful to turning on the switch 11 as a result of short power surges, in particular when To avoid switching operations in the consumer line. The delay can vary from a thermal switch or some other known time-dependent and possibly also adjustable electronic or mechanical delay element take place.

Grundsätzlich ist auch die Anordnung möglich, bei welcher an Stelle der abgeleiteten Spannungen die abgeleiteten Größen Ströme sind, deren Summe im Vergleicher 6 mit einer entsprechenden Referenzgröße (Referenzstrom oder Referenzspannung) verglichen wird. In principle, the arrangement is also possible in which in place of the derived voltages are the derived quantities of currents, the sum of which im Comparator 6 with a corresponding reference quantity (reference current or reference voltage) is compared.

Die Anschaltung einer Meßanordnung kann grundsätzlich auch so erfolgen, da# die Meßgrößen ohne die Wandler 1 und 2 entweder unmittelbar über entsprechende Widerstandsteiler oder über besondere Wicklungen auf den Strom-und Spannungseisen der Elek- trizitätszähler entnommen werden. Dabei sind die Winkel der aus diesen Spulen entnommenen Strom-bzw. Spannungsgrößen zu den Meßgrößen U und I bei der Einstellung des Phasendrehgliedes 5 mit zu berücksichtigen. The connection of a measuring arrangement can in principle also take place in such a way that because # the measured variables without the transducers 1 and 2 either directly via the corresponding Resistance divider or special windings on the current and voltage iron the elec- electricity meter can be removed. The angles are those made of these Coils removed current or. Voltage quantities for the measured quantities U and I when setting of the phase shift member 5 to be taken into account.

Claims (7)

Patentansprüche : 1. Schaltvorrichtung, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenze einer Wirk-, Blind-oder Scheinleistung betätigt wird, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daB der Betrag einer von der Meßspannung abgeleiteten Gleichstromgröße bei der Messung einer Scheinleistung zu dem Betrag einer vom Meßstrom abgeleiteten Gleichstromgröße und bei der Messung einer Wirk-oder Blindleistung zu dem Betrag einer vom Meßstrom abgeleiteten und von der Meßspannung phasengesteuerten Gleichstromgröße addiert wird und zur richtigen Erfassung des vorgegebenen Leistungsgrenzwertes bei Nennspannung die einzelnen Summanden gleich groß sein müssen und die Summe dieser Beträge einer Vergleichseinrichtung (7) zugeführt wird, die diese Summenspannung mit einer einstellbaren Referenzspannung (Uref) vergleicht und bei Überschreiten der Referenzspannung (Uref) einen Schalter (11) in die Arbeitsstellung steuert und bei einer nachfolgenden Unterschreitung der Referenzspannung (Uref) die Rückstellung des Schalters (11) in die Ausgangsstellung bewirkt, und daß die vom Meßstrom abgeleitete Größe bei nicht phasengesteuerter Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung (4) der Scheinleistung, bei durch die Meßspannung phasengesteuerter Gleichrichtung der Wirkleistung, und bei einer 90°-Phasendrehung durch das Phasendrehglied (5) der Blindleistung proportional ist. Claims: 1. Switching device, which when a predetermined limit of an active, reactive or apparent power is actuated, d a d It is indicated that the magnitude of a voltage derived from the measurement voltage Direct current quantity when measuring an apparent power to the amount of one of the measuring current derived direct current quantity and when measuring an active or reactive power to the amount of a derived from the measuring current and phase-controlled by the measuring voltage DC magnitude is added and for correct detection of the specified power limit value at nominal voltage, the individual summands and the sum of these must be the same Amounts of a comparison device (7) is fed, which this sum voltage with an adjustable reference voltage (Uref) and if exceeded the reference voltage (Uref) controls a switch (11) in the working position and if the reference voltage (Uref) is subsequently undershot, it is reset of the switch (11) in the initial position and that the derived from the measuring current Size with non-phase-controlled rectification in the rectifier arrangement (4) the apparent power, with phase-controlled rectification by the measuring voltage Active power, and with a 90 ° phase rotation through the phase rotating element (5) of the Reactive power is proportional. 2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Meßspannung (U) und dem Meßstrom (7) abgeleiteten Größen Spannungs- (1) und Stromwandlern (2) entnommen werden, die als zusätzliche Wicklungen auf die Spannungs-und Stromeisen von Elektrizitätszählern aufgebracht sind. 2. Switching device according to claim 1, characterized in that the values derived from the measuring voltage (U) and the measuring current (7) (1) and current transformers (2), which are used as additional windings on the Voltage and current iron from electricity meters are applied. 3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schalter (11) steuernde Relaisspule (10) über einen Verstärker (8) und ein einstellbares Verzögerungsglied (9) derart beeinflußt wird, daß nur eine zeitlich die einstellbare Verzögerung überschreitende und gegenüber der vorgegebenen Leistungsgrenze größere Leistung einen Schaltvorgang auslöst. 3. Switching device according to claim 1, characterized in that the relay coil (10) controlling the switch (11) via an amplifier (8) and a adjustable delay element (9) is influenced in such a way that only one time exceeding the adjustable delay and compared to the specified performance limit greater power triggers a switching process. 4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Energieversorgungsanlagen mit Mehrphasenstromsystem die abgeleiteten Strom-und Spannungsgrößen vor dem Vergleich mit einer der Leistungsgrenze angepaßten Referenzspannungsgröße zu summieren sind. 4. Switching device according to claim 1, characterized in that in the case of energy supply systems with a multi-phase power system, the derived power and Voltage quantities before the comparison with a reference voltage quantity adapted to the power limit are to be summed up. 5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Steuerung der An-bzw. Abschaltung von Verbrauchern dient. 5. Switching device according to claim 1 to 4, characterized in that that the arrangement for controlling the on or. Shutdown of consumers is used. 6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Umschaltung von Zählwerken in Mehrfachtarifzählern verwendet wird. 6. Switching device according to claim 1 to 4, characterized in that that the arrangement is used to switch over counters in multiple tariff meters will. 7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Signalgebung in elektrischen Ein-und/oder Mehrphasensystemen bei Überschreiten einer vorgegebenen Leistungsgrenze dient. 7. Switching device according to claim 1 to 4, characterized in that that the arrangement of the signaling in electrical single- and / or multi-phase systems is used when a specified performance limit is exceeded. Es ist bekannt, in elektrischen Energieversorgungsanlagen Schalter einzubauen, die beim Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Leistung oder einem bestimmten Strom (Leistungs-oder Strombegrenzer) entweder einen Verbraucher vom Stromkreis abtrennen oder aber die Häufigkeit der Relaisschaltungen zählen und danach beispielsweise den Tarif bei der Verrechnung des Energieverbrauchs festlegen. Darüber hinaus besteht das Bedürfnis, die Tarifumschaltung bei Mehrfachtarif-Elektrizitätszählern beim Überschreiten einer bestimmten Leistungsentnahme automatisch zusteuern, d. h., beim Überschreiten einer tariflich vereinbarten Leistungsgrenze soll von dem Leistungsschalter die Umschaltung auf einen höheren Tarif richtigvorgenommen werden. Ein solcher Schalter benötigt ein Meßglied, welches feststellt, wann der Strom oder die elektrische Leistung einen vorgegebenen Sollwert überschreitet. Vornehmlich bei den sogenannten Strombegrenzern sorgen im allgemeinen Thermorelais für die Abschaltung, während bei den leistungsabhängigen Schaltern das Dynamometer-und auch das Induktionsprinzip Anwendung finden, wobei das Drehmoment als Maß für die elektrische Leistung dient. Nachteile dieser Methoden sind einerseits die Unstabilität der Ansprechgrenze bei den Thermoschaltern, andererseits das Vorhandensein beweglicher und lageabhängiger Teile in den Meßwerken und deren Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Erschütterungen. It is known to switch in electrical power supply systems to be built in when a certain specified performance or a certain current (power or current limiter) either from a consumer Disconnect the circuit or count the frequency of the relay switching and then For example, set the tariff for billing energy consumption. About that In addition, there is a need to switch between tariffs in the case of multi-tariff electricity meters automatically steer when a certain power consumption is exceeded, d. In other words, when a collectively agreed performance limit is exceeded, the Circuit breaker, the switchover to a higher tariff must be carried out correctly. Such a switch requires a measuring element, which determines when the current or the electrical power exceeds a specified target value. Mainly in the case of the so-called current limiters, thermal relays generally provide for shutdown, while with the power-dependent switches the dynamometer and also the induction principle Find application, with the torque serving as a measure of the electrical power. Disadvantages of these methods are, on the one hand, the instability of the response limit the thermal switches, on the other hand the presence of movable and position-dependent Parts in the measuring mechanisms and their sensitivity to mechanical vibrations. Diese Nachteile können mit modernen Bauelementen weitgehend vermieden werden, indem die Meßwerte von elektronischen, aus der Technik der Analogrechner bekannten Multiplizierern, wie Hallmultiplikatoren, Zweiparabelmultiplikatoren oder auch Feldplattenmultiplikatoren, bestimmt werden. Jedoch erfordern diese Mittel einen solchen technischen Aufwand, daß sie für den Masseneinsatz beim Verbraucher elektrischer Energie aus Kostengründen im allgemeinen nicht in Frage kommen.These disadvantages can largely be avoided with modern components by taking the measured values from electronic, from the technology of analog computers known multipliers, such as Hall multipliers, two-parabolic multipliers or field plate multipliers can also be determined. However, these funds require such a technical effort that it is for mass consumer use electrical energy are generally out of the question for reasons of cost. Die ernndungsgemäße Anordnung dagegen vermeidet die Nachteile der bekannten Anordnungen. Sie bietet den Vorzug einer hohen Stabilität der Meßanordnung, der Unempfindlichkeit gegen mechanische Erschütterungen und eines relativ geringen technischen Aufwandes. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß für den Zweck der Leistungsbildung davon ausgegangen werden kann, daß die Meßspannung sich nur innerhalb gewisser Grenzen ( 10 °/0) verändert, und weiter die Tatsache, daß der Meßwert lediglich bei einem bestimmten Leistungswert (eingestellte Leistungsgrenze) richtig sein soll. The arrangement according to the nomination, however, avoids the disadvantages of known arrangements. It offers the advantage of a high stability of the measuring arrangement, the insensitivity to mechanical vibrations and a relatively low one technical effort. This exploits the fact that for the purpose of Power formation can be assumed that the measuring voltage is only within certain limits (10 ° / 0) changed, and further the fact that the measured value is only should be correct at a certain power value (set power limit).