DE2257544C3 - Stromversorgungsanlage für Fernsprechämter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsanlage für Fernsprechämter mit einem Hauptgleichrichter, der bei Netzbetrieb zur Stromversorgung des Amtes sowie im Zusammenwirken mit einem Zusatzgleichrichter zur Aufladung und Ladungserhaltung einer den Strombedarf des Amtes bei Ausfall des speisenden Netzes deckenden, aus in Reihe geschalteten Stamm- und Schaltzellen bestehenden Batterie dient, deren Stammzellen über ein elektrisches Ventil kontaktfrei zuschaltbar sind und deren Schaltzellen mittels eines Schaltschützes zuschaltbar sind, das von einem Spannungsfühler betätigt wird, der bei Normalspannung erregt ist und durch sein Abfallen beim Absinken der an seinen Anschlußpunkten verfügbaren, nach dem Ausfallen der Netzwechselspannung von den Stammzellen gelieferten Spannung unter einen Toleranzwert zufolge der Entladung der Stammzellen die gleichzeitige Einschaltung aller Schaltzellen unter gleichzeitiger Überbrückung des Zusatzgleichrichters veranlaßt.

Bei den seit langem bekannten Einrichtungen zur Stromversorgung von Fernsprechämtern und anderen Gleichstromverbrauchern, die auch bei Ausfall des speisenden Netzes in Betrieb bleiben müssen, wird zur Deckung des Strombedarfes bei Netzausfall in vorteilhäfier Weise eine Akkumulatorenbatterie verwendet.

Diese muß nach erfolgter teilweise oder gänzlicher Entladung möglichst rasch wieder aufgeladen und anschließend in ihrem Ladezustand erhalten werden, damit sie jederzeit mit ihrer vollen Ladungskapazität zur Verfügung steht. Dazu wird meistens der bei Speisung durch das Wechselstromnetz zur Stromversorgung der Verbraucher dienende Gleichrichter verwendet, welcher daher in den meisten Fällen dauernd mit der Batterie und über eine einstellbare Anzapfung dieser Batterie mit dem Verbraucher selbst verbunden ist Die Batterie liefert nur dann Strom an den Verbraucher, wenn dessen Strombedarf die Leistungsfähigkeit des Gleichrichters übersteigt und dessen Spannung unter die an der unbelasteten Batterie meßbare sogenannte Ruhespannung sinkt. Wenn umgekehrt bei Entlastung die Spannung des Gleichrichters über die Ruhespannung der Batterie ansteigt, findet eine Ladung der Batterie statt. Bei Ausfall des speisenden Netzes fungiert die Batterie als alleiniger Stroinlieferant.

Die Schwierigkeit, die dabei zu überwinden ist, liegt darin, daß die an einer Batterie auftretenden Spannungen je nach deren Lade- bzw. Entladezustand sehr unterschiedlich sind. So ist die sogenannte Ladungserhaltungssp.annung, bei der in die Batterie ein gerade zur Deckung der durch Selbstentladung entstehenden Verluste ausreichender Strom fließt, um rund 12% höher und die sogenannte Entladeschlußspannung, bis zu der eine Batterie ohne Schädigung entladen werden kann, um rund 13% niedriger als die Ruhespannung. Da die Verbraucherspannung nur in festgelegten engen Grenzen schwanken darf, muß die Anzahl der Zellen so gewählt werden, daß die Spannung der gesamten Batterie am Ende der Entladung die untere Spannungsgrenze nicht überschreitet. Bei Beginn der Entladung würde aber die Spannung der gesamten Batterie zu hoch sein, und es müssen durch die einstellbare Anzapfung einige als Schaltzellen bezeichnete Batteriezellen abgeschaltet sein, die nach und nach, nach Maßgabe der bei fortschreitender Entladung absinkenden Batteriespannung, einzeln zugeschaltet werden. Die Anschaltung des Verbrauchers an die einzelnen Anzapfstufen erfolgt mittels eines mehrstufigen sogenannten Entladezellenschalters. Nachteilig ist dabei, daß die einzelnen Schaltzellen ungleich lange entladen werden und daher auch ungleich lange aufgeladen

^o werden müssen. Deshalb werden sie bei der Aufladung der Batterie mittels eines zweiten mehrstufigen Schalters, des sogenannten Ladezellenschalters, nach und nach eingeschaltet Entlade- und Ladezellenschalter werden dabei meist zum sogenannten Doppelzellenschalter vereinigt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, von Anfang an alle Batteriezellen zur Stromlieferung zu verwenden und die überschüssige Spannung in aus Haltleiterelementen gebildeten Gegenzellen zu vernichten, die nach Maßgabe der absinkenden Spannung ebenfalls mittels eines mehrstufigen Zellenschalters einzeln kurzgeschlossen werden. Diese Gegenzellen verursachen einen vom fließenden Strom fast unabhängigen Spannungsabfall und lassen sich ohne weiteres kurz-5 schließen und damit unwirksam machen.

Bei beiden angegebenen Verfahren sind jedoch einfache oder doppelte mehrstufige Zellenschalter zu verwenden, deren Steuerung, die in Abhängigkeit von der an der Batterie auftretenden Lade- bzw. Entladespannung erfolgen muß, aufwendig und störungsanfällig ist.

Eine weitere Lösung, statt der Gegenzellen Gleichstromsteller zum Absenken der zu hohen Batteriespannung auf den für die Verbraucher zulässigen Wert zu verwenden, verlangt neben einer kontinuierlichen Spannungsüberwachung komplizierte elektronische Ansteuerstufen und bedingt durch die wegen der vermehrten Oberwellenbildung notwendigen zusätzli-

chen Glättungselemente eine Verschlechterung des Wirkungsgrades.

Des weiteren wird durch diese angegebenen Verfahren der belastungsabhängig veränderliche Spannungsabfall zwischen der Batterie und dem Verbraucherschwerpunkt nicht erfaßt, weshalb aus Sicherheitsgründen die Toleranz der Batteriespannung gegenüber der zugebilligten Toleranz der Verbraucherspannung eingeengt werden muß.

Durch die deutsche Auslegeschrift 11 01 603 und die w Technische Rundschau Nr. 2 vom 14. 1.1966, S. 29 ist die Verwendung eines durch einen Spannungsfühler betätigten Schaltschützes für die Zuschaltung von Schaltzellen bekannt. Bei der Anordnung nach der DT-AS veranlaßt ein bei Normalspannung erregter Spannungs- ι s fühler durch sein Abfallen beim Absinken der an seinen Ansch'ußpunkten verfügbaren, nach dem Ausfallen der Netzwechselspannung von den Stammzellen gelieferten Spannung unter einen Toleranzwert zufolge Entladung der Stammzellen die gleichzeitige Einschaltung aller Schaltzellen, z. B. mittels eines durch den Spannungsfühler einschaltbaren Schaltschützes unter gleichzeitiger Überbrückung des Zusatzgleichrichters mittels seines Kontaktes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die eingangs definierte Stromversorgungsanlage zur betriebssicheren Regelung der Verbraucherspannung mit einer speziellen Anordnung des Spannungsfühlers zu schaffen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Spannungsfühler an einen innerhalb des Fernsprechamtes von den Stammzellen entfernt angeordneten Stromverbraucher angeschlossen ist und daß der Ansprechwert des Spannfühlers mindestens um die Spannung der Schaltzellen unter einem oberen Grenzwert und mindestens um den Zuleitungsspannungsabfall zu diesem Verbraucher über einem unteren Grenzwert der Verbraucherspannung liegt.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die im Schwerpunkt des Verbrauchernetzwerkes oder in dessen möglichster Nähe erfolgende Anordnung eines Spannungsfühlers die tatsächlich für die Verbraucher zur Verfügung stehende Spannung überwacht werden kann und daß daher ein knappes Herangehen an die untere Toleranzgrenze der Verbraucherspannung ohne die Berücksichtigung veränderlicher belastungsabhängiger Spannungsabfälle in der Zuleitung zwischen Batterie und Verbraucherschwerpunkt möglich ist, so daß zur Anhebung der Verbraucherspannung alle Schaltzellen zugleich zugeschaltet werden können, ohne daß die obere Toleranzgrenze der Verbraucherspannung erreicht oder überschritten würde.

Die dadurch ermöglichte Verwendung eines sehr betriebssicheren Schaltelementes, nämlich eines Schaltschützes, ergibt gegenüber herkömmlichen Anlagen mit schrittweiser Zuschaltung von Schaltzellen oder gegen über Anlagen mit Gleichstromstellern oder stufenweise abschaltbaren Gegenzellen zur Verringerung der von einer unangezapften Batterie gelieferten Spannung erhebliche Vereinfachungen und eine Erhöhung der Betriebssicherheit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist aus der Zeichnung ersichtlich. Die Funktionsweise der Anlage wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Bei ungestörtem Betrieb mit Netzwechselspannung (15 sind die beiden Gleichrichter, der Hauptgleichrichter 1 und der Zusatzgleichrichter 2, eingeschaltet und liefern Strom. Der an seinem positiven Pol mit der Bezugsleitung leitend verbundene Hauptgleichrichter 1 ist mit seinem negativen Pol einerseits an die Verbraucherbaugruppen 3 und andererseits über ein elektrisches Ventil 4 an die Anzapfung einer Bleibatterie 5 angeschaltet, die aus den Stammzellen 6 und den Schaltzellen 7 besteht. Der in Reihe mit dem Hauptgleichrichter 1 geschaltete Zusatzgleichrichter 2 ist mit seinem negativen Pol mit dem negativen Endpol der Bleibatterie 5 verbunden, deren positiver Endpol ebenfalls an die Bezugsleitung angeschaltet ist. Durch diese Anordnung wird der Bleibatterie 5 der zur Aufrechterhaltung ihres Ladezustandes benötigte Ladungserhaltungsstrom zugeführt. Der Zusatzgleichrichter 2 ist durch einen Arbeitskontakt des Schaltschützes 8 überbrückbar und außerdem vom Wechselspannungsnetz abschaltbar. Das Schaltschützt 8 wird von einem an einem geeigneten Punkt des von den Verbraucherbaugruppen 3 gebildeten Netzwerkes, z. B. in der letzten Gestellreihe im Amt. angeschalteten Spannungsfühler 9 betätigt, wenn die verfügbare Spannung unter einen bestimmten eingestelken Wert absinkt. Dies ist bei Netzbetrieb nicht der Fall, da die Stammzellen 6 der Bleibatterie 5 bei einem Laststoß durch das elektrische Ventil 4 kontaktfrei an die Verbrauchergruppen 3 geschaltet werden und an diese zusätzlich Strom abgeben, wenn die vom Hauptgleichrichter 1 gelieferte Spannung dabei um mehr als die Schwellenspannung des elektrischen Ventils 4 gegenüber der Gesamtspannung der Stammzellen absinkt.

Bei einem Ausfall des speisenden Wechselstromnetzes liefern die beiden Gleichrichter 1 und 2 keinen Strom mehr und liegen als hochohmige Widerstände teils zu den Verbrauchergruppen 3 und teils zu den Schaltzellen 7 der Bleibatterie 5 parallel. Die Stammzellen 6 speisen über das nunmehr in Durchlaßrichtung beanspruchte elektrische Ventil 4 die Verbrauchergruppen 3 und zwar mit einer Spannung, die belastungsabhängig mehr oder weniger rasch vom Spannungswert, der der Ladungserhaltungsspannung entspricht, auf den der Anfangsentladespannung der frisch geladenen Zellen entsprechenden Spannungwert absinkt. Dabei sinkt auch die noch um einen gewissen ebenfalls belastungsabhängigen Spannungsabfall im Zuleitungswiderstand niedrigere, am Spannungsfühler 9 auftretende Spannung ab, die beim Unterschreiten eines bestimmten Wertes den Spannungsfühler 9 auslöst. Dieser schaltet das Schaltschütz 8 ein, dessen sich schließender Arbeitskontakt unter Überbrückung des Zusatzgleichrichters 2 die Schaltzellen 7 in Reihe zu den Stammzellen 6 an die Verbraucherbaugruppen 3 schaltet. Durch diese Maßnahme steigt die Verbraucherspannung vor dem Erreichen der unteren Toleranzgrenze wieder an und bleibt bis zur vollständigen Entladung der Bleibatterie 5 oberhalb dieser Toleranzgrenze. Bei entsprechender Dimensionierung aller Schaltelemente überschreitet sie auch bei Leerlauf nicht die für die Verbraucher zulässige obere Toleranzgrenze. Das elektrische Ventil 4, dessen Anode nun mit dem negativen Pol der Bleibatterie 5, also mit dem Punkttiefsten negativen Potentials verbunden ist, wird bei diesem Betriebszustand wieder in Sperrichtung beansprucht, so daß über das Ventil 4 kein Strom fließt.

Die Verbindung des Zusatzgleichrichters 2 mit dem speisenden Wechselspannungsnetz muß spätestens bei Wiederkehr der Netzwechselspannung abgeschaltet werden und so lange geöffnet bleiben, wie der Kontakt des Schaltschützes 8 geschlossen ist, da sonst der Zusatzgleichrichter 2 bei Wiederkehr der Netzwechsel-

spannung auf einen Kurzschluß arbeiten würde. Nach der Wiederkehr der Netzwechselspannung wird nämlich der Arbeitskontakt des Schaltschützes 8 während einer gewissen Zeit geschlossen gehalten, so daß über ihn ein zur Wiederaufladung der Bleibatterie 5 dienender, von dem wieder in Betrieb befindlichen Hauptgleichrichter 1 gelieferter Strom in die Batterie 5 fließt.

Nach dem öffnen dieses Arbeitskontaktes und der Wiedereinschaltung der Anspeisung des Zusatzgleichrichters 2 erfolgt die weitere Aufladung der Bleibatterie 5 mit der Summenspannung der beiden Gleichrichter 1 und 2, die eine durch geeignete Auslegung des Zusatzgleichrichters 2 erreichbare, zur Erhaltung der Ladung der Zellen während des Netzbetriebes erforderliche Höhe aufweisen muß. Der Zusatzgleichrichter 2 ist lediglich für die Abgabe des Ladeerhaltungsstromes zu dimensionieren.

An geeigneten Punkten der Anordnung sind Sicherungen zum Schulze der Anlage sowie Strom- und Spannungsmesser angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Stromversorgungsanlage für Fernsprechämter mit einem Hauptgleichrichter, der bei Netzbetrieb zur Stromversorgung des Amtes sowie im Zusammenwirken mit einem Zusatzgleichrichter zur Aufladung und Ladungserhaltung einer den Strombedarf des Amtes bei Ausfall des speisenden Netzes deckenden, aus in Reihe geschalteten Stamm- und Schahzeläen bestehenden Batterie dient, deren Stammzellen über ein elektrisches Ventil konta'-ctfrei zusch&ltbar sind und deren Schaltzellen mittels eines Schaltschützes zuschaltbar sind, das von einem Spannungsfühier betätigt wird, der bei Normalspannung erregt ist und durch sein Abfallen beim Absinken der an seinen Anschlußpunkten verfügbaren, nach dem Ausfallen der Netzwechselspannung von den Stammzellen gelieferten Spannung unter einen Toleranzwert zufolge der Entladung der Stammzellen die gleichzeitige Einschaltung aller Schaltzellen unter gleichzeitiger Überbrückung des Zusatzgleichrichters veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsfühler an einen innerhalb des Fernsprechamtes von den Stammzellen entfernt angeordneten Stromverbraucher angeschlossen ist und daß der Ansprechwert des Spannungsfühlers mindestens um die Spannung der Schaltzellen unter einem oberen Grenzwert und mindestens um den Zuleitungs-Spannungsabfall zu diesem Verbraucher über einem unteren Grenzwert der Verbraucherspannung liegt.