DE2316341A1

DE2316341A1 - Verfahren zum stufenlosen verteilen elektrischer energie

Info

Publication number: DE2316341A1
Application number: DE2316341A
Authority: DE
Inventors: Max Breitmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-05
Filing date: 1973-04-02
Publication date: 1973-11-22
Also published as: IT1045846B; NL7305767A; SE371345B; US3858110A; CA980857A; BE798911R; GB1401547A; FR2183715B2; FR2183715A2

Description

BE 15 236

Patentanwalt

Max Breitmeier, DIPL-IHQ. B. SCHMID

_{7 st|rtte},_rt J₁ Falbenhennenstr. 17

Oetwilerstraße
Hüttikon / Schweiz

Verfahren zum stufenlosen Verteilen elektrischer Energie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum stufenlosen Verteilen elektrischer Energie aus einer Hauptleitung in mehrere Nebenleitungen. Nach dem Hauptpatent Nr. (Ges.Nr. P 21 20 985.8 ) des gleichen Anmelders wird in jeder Nebenleitung ein Leistungsregler vorgesehen, um die durch die Nebenleitung abgegebene Energie auf einen Maximalwert zu begrenzen, welche Leistungsregler über ein Steuergerät so miteinander verknüpft werden, dass die Summe der durch alle Nebenleitungen abgegebenen Energie die Belastbarkeit der Hauptleitung nicht überschreitet.

Vorzugsweise wird jede Nebenleitung in zwei Zweigleitungen geteilt. In der ersten Zweigleitung wird ein Leistungsbegrenzer eingeschaltet, um die Leistung für die erste Zweigleitung auf einen bestimmten Maximalwert zu begrenzen. In die zweite Zweigleitung wird der Leistungsregler geschaltet, um die Leistung

309847/0734

-2- 23163Al

für die zweite Zweigleitung so zu regeln, dass die Gesamtleistung der beiden Zweigleitungen den bestimmten Maximalwert nicht übersteigt.

Die erste Zweigleitung kann nach freier Wahl belastet werden. Dagegen kann über die zweite Zweigleitung mit Hilfe des Leistungsreglers nur noch eine Restenergie entnommen werden. Diese Restenergie wird durch die Differenz zwischen der maximalen, durch die Nebenleitung abgegebenen Energie und der tatsächlich über die erste Nebenleitung entnommenen Energie festgelegt. Mit Hilfe der zweiten Zweigleitung kann damit kontinuierlich die zur Verfugung stehende Mäximalenergie der Nebenleitung entnommen und z.B.' einem Wärmespeicher einer Elektroheizung zugeführt werden. Durch diese Anordnung der Nebenleitungen in zwei Zweigleitungen ist es möglich, die Leistungskapazität jeder Nebenleitung voll auszunützen. Durch den Leistungsregler in jeder Nebenleitung kann die hindurchfliessende Energie stufenlos auf einen Maximalwert begrenzt werden, welcher der Belastbarkeit der Nebenleitung entspricht. Durch die Energieverteilung nach dem Hauptpatent kann eine Ueberlastung der Nebenleitungen und der Hauptleitung bzw. des Transformators vermieden werden bei gleichzeitiger optimaler Auslastung des Netzes. Dies setzt die Messung der Leistungen in den Nebenleitungen bzw. den Zweigleitungen voraus. Zudem hat ein zentrales Steuergerät die Summe aller Leistungen zu begrenzen. .

Das Messen der Leistung in den verschiedenen Leitungen ist jedoch für die Netzregulierung nur unter bestimmten Bedingungen zweckmässig. Im allgemeinen bewirkt nämlich eine thermisch und wirtschaftlich zulässige Leistungsbelastung der Leitungen und

309847/07 3 4

Transformatoren für einen Grossteil der angeschlossenen Verbraucher einen unzulässigen Spannungsabfall. Die Einhaltung bestimmter Spannungstoleranzen ist jedoch für den einwandfreien Betrieb vieler elektronisch gesteuerter Geräte, wie beispielsweise Radio- oder Fernsehapparate, unerlässlich. Diese Geräte würden dann in ihrer Betriebssicherheit beeinträchtigt. Eine thermisch und somit wirtschaftlich optimale Auslastung des Netzes könnte infolgedessen nur dann erreicht werden, wenn z.B. bei jedem Verbraucher ein Spannungsregler installiert würde, welcher selbst grosse Spannungsänderungen in zulässigen Grenzen halten kann.

Die Verwendung zusätzlicher Geräte zur Spannungsstabilisierung, wie eines Spannungsreglers für jeden Verbraucher, soll jedoch möglichst aus wirtschaftlichen Gründen vermieden werden. Da aber andererseits mit der Einführung der Elektroheizung eine optimale Auslastung der bestehenden Netze wünschenswert ist, sollte die Verteilung der elektrischen Energie in den Netzen so erfolgen, dass sich die Spannung nur innerhalb zulässiger Grenzen ändern kann.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die in der Nebenleitung entnommene Leistung durch den Leistungsregler derart geregelt wird, dass ein bestimmter Minimalwert der Klemmenspannung an der Nebenleitung nicht unterschritten wird.

Vorzugsweise wird wieder jede Nebenleitung in zwei Zweigleitungen geteilt. Der Leistungsregler in der zweiten Zweigleitung regelt dann die Leistung für die zweite Zweigleitung so, dass durch die Gesamtleistung der beiden Zweigleitungen die bestimmte minimale Klemmenspannung an der Nebenleitung nicht

309847/0734

unterschritten wird. . ν

Für die Leistungsregelung in jeder Nebenleitung wird demnach die tatsächliche mit der minimal zulässigen Klemmenspannung der Nebenleitung verglichen und nicht etwa der tatsächliche mit dem maximal zulässigen Strombezug.

Der minimale Spannungswert kann entweder z.B. vom Elektrizitätswerk fest eingestellt werden, oder er kann variabel als Funktion der Tageszeit,' z.B* von einer Schaltuhr gesteuert; vorgegeben werden. Damit kann man berücksichtigen, dass z.B. in der Nacht, wenn keine störungsanfälligen Apparate eingeschaltet sind, ein grösserer Spannungsabfall bzw. eine höhere Netzbelastüng "" zugestanden werden kann. ■ ,

Da jede Nebenlast eines Netzes den Spannungsabfall im ganzen Netz beeinflusst, erübrigt sich eine zentrale Ueberwachung jeder einzelnen Nebenlast durch ein zentrales Steuergerät. Das Steuergerät braucht nur noch die Nebenleitungen zu solchen Verbrauchern zu überwachen, welche den Rest des Netzes stark beeinflussen. Einzelne Nebenleitungen, die zu kleineren Verbrauchern, wie einem einzelnen Haushalt führen, beeinflussen' den Rest des Leitungsnetzes so wenig, dass sich der Aufwand nicht lohnt, einen derartigen Verbraucher direkt von einem zentralen Steuergerät zu überwachen, hauptsächlich dann, wenn der Verbraucher weit von dem Steuergerät entfernt ist. Das Steuergerät braucht in diesem Falle nur noch eine grössere Anzahl von Nebenleitungen zu solchen Einzelverbrauchern zu überwachen. Somit kann jeder örtliche Leistungsregler, der z.B. ein Spannungsregler sein kann, den örtlichen Leistungsverbrauch bzw. Stromverbrauch derart regeln, dass die Spannung an jedem Netzpunkt innerhalb vorgegebener Toleranzen bleibt. -·■■-."

3098A7/0734

Während beispielsweise bei einer Strommessung zur Ermittlung der Leistung in einer Nebenleitung bei jeder Netzänderung, Verstärkung oder Erweiterung des Netzes die Einstellung der zulässigen Belastung angepasst werden müsste, brauchen die zulässigen Spannungswerte nicht neu eingestellt werden. Wird z.B. ein Netz verstärkt, so kann bei gleichem zulässigen Spannungsabfall einfach entsprechend mehr Strom bezogen werden. Umgekehrt kann natürlich der Fall eintreten, dass bei zunehmender Verbraucherzahl das Netz zu schwach wird und der, von dem Spannungsabfall an der Nebenleitung gesteuerte Leistungsregler zu wenig Energie liefert, die beispielsweise für eine Wärmespeicherheizung notwendig ist. Durch die Reklamationen der ungenügend belieferten Verbraucher wird jedoch der Energieverteiler sehr schnell auf ein zu schwaches Netz aufmerksam gemacht.

Die erfindungsgemässe Energiesteuerung kann auch für jede Phase des Netzes getrennt erfolgen, d.h. die einzelnen Phasen können unabhängig voneinander geregelt werden, was beispielsweise für eine Wärmespeicherheizung ohne Nachteil zulässig ist. Durch derartige Verbraucher, wie Elektroheizungen, würde damit gleichzeitig die Last optimal auf alle drei Phasen verteilt, und dies würde nochmals mithelfen, das Netz optimal auszulasten.

Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hauptleitung mit Nebenleitungen, in denen die Leistungsregler geschaltet sind, und

Fig. 2 eine Nebenleitung mit zwei Zweigleitungen und den Leistungsregler.

309847/0734

In Fig. 1 wird die Verzweigung einer Hauptleitung Hl in die Nebenleifcüngen Nl bis N5 und Ml bis M5 gezeigt. Die Hauptleitung kommt von einem Transformator T, und die Nebenleitungen führen zu den entsprechenden Verbrauchern» Die Nebenleitungen bestehen aus zwei Gruppen: eine erste Gruppe Ml bis M5 mit -■ Leistungsreglern, die nicht mit dem Steuergerät verbunden sind. In den ersten drei Nebenleitungen Ml bis M3 sind die Leistungsregler Rl bis R3 gezeigt. Jede dieser Nebenleitungen führt zu einem Verbraucher mit relativ niedrigem Energiebedarf, z.B. zu einem einzelnen Gebäude oder einer einzelnen Haushaltung, so dass der Rest des Netzes durch eine solche Nebenleistung sehr wenig beeinflusst wird. Ausserdem sollen diese Verbraucher örtlich vereinzelt und relativ weit von dem Steuergerät S entfernt liegen, so dass sich der Aufwand einer direkten Ueberwachung durch das Steuergerät nicht lohnte Der örtliche Leistungsverbrauch dieser Nebenleitungen wird durch den örtlichen Leistungsregler so geregelt, dass die Spannung an der Nebenleitung einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreitet. Die Nebenleitung Ml ist in Fig. 2 gezeigt»

Die andere Gruppe besteht aus den Nebenleitungen Nl bis N5,. deren Leistungsregler mit dem Steuergerät S verbunden sind. Es sind die Leistungsregler Ll bis L3 der Nebenleitungen Nl bis N3 gezeigt, deren Steuereingänge mit den Ausgängen Fl bis F3 des Steuergerätes S verbunden sind. Diese Nebenleitungen führen zu Verbrauchern, deren Energiebedarf so gross ist und derart schwankt, dass eine üeberwachung durch das Steuergerät S notwendig ist und eine Selbstregelung, wie bei den Nebehleitungen der ersten Gruppe, nicht ausreicht. ·

In der Hauptleitung Hl befindet sich ein Leistungsmesser M, um die Leistung in der Hauptleitung, d.h. die Gesamtleistung aller

30 3847/073 4

Nebenleitungen, zu bestimmen. Wenn die Spannung an der Hauptleitung praktisch konstant bleibt, kann dies ein bekannter induktiver Stromwandler sein. Das Ausgangssignal des Leistungsmessers wird dem Eingang K des Steuergerätes· S zugeführt. Das Steuergerät S dient zur üeberwachung der Belastung der Hauptleitung Hl. Je nach der Programmierung de-e Steuergerätes werden den Leistungsreglern Steuersignale zugeführt, um entsprechend die Leistung der Nebenleitungen Nl bis N5 zu regeln. Beispielsweise kann das Steuergerät S ein Proportionalregler sein. Die Regelung dieser zweiten Gruppe von Nebenleitüngen mit Hilfe des Steuergerätes S ist in dem Hauptpatent ausführlich angegeben.

Die Leistungsregler in sämtlichen Nebenleitungen regeln die Leistung derart, dass ein bestimmter Minimalwert der Klemmenspannung an der entsprechenden Nebenleitung nicht unterschritten wird. Hierzu liegt an jeder Nebenleitung parallel zu dem Verbraucher ein Spannungsmesser, welcher den.entsprechenden Leistungsregler beaufschlagt. Der Leistungsregler kann auch als Spannungsregler ausgeführt sein. Der Stellantrieb des vorgesehenen Leistungs- bzw. Spannungsreglers zur Begrenzung der Leistung in einer Nebenleitung wird dann von dem Spannungsmesser derart gesteuert, dass der Spannungsabfall in der Nebenleitung infolge der Belastung nicht unter den vorgegebenen Minimalwert sinkt. Der Leistungsregler kann beispielsweise ein Reguliertransformator, wie ein Drehtransformator, mit mechanisch veränderbarem Eisenkern sein.

Die Nebenleitung Ml nach Fig. 2 ist in zwei Zweigleitungen Zl und Z2 geteilt. An der Zweigleitung Zl liegt der Verbraucher A, beispielsweise Haushaltsapparate an der Netzspannung. Vor dem Verbraucher A ist ein Leistungsbegrenzer 4 geschaltet, welcher

309847/0734

die Leistung für die Zweigleitung Zl unter dem vorgeschriebenen Maximalwert der gesamten Nebenleitung Ml hält. Dieser Maximalwert entspricht dem mittleren Leistungsbedarf der Verbraucher. An der Zweigleitung Z2 liegt der Verbraucher H, beispielsweise eine Elektroheizung, dessen Leistung durch den Leistungsregler Rl in der Zweigleitung Z2 geregelt wird. Zur Messung der. Klemmenspannung liegt an der Nebenl'eitung Ml der Spannungsmesser V, dessen Ausgangssignal dem Leistungsregler Rl über eine Leitung 6 zugeführt wird. Der Leistungsregler Rl vergleicht die tatsächliche mit der minimal zulässigen Klemmenspannung und gibt an die Zweigleitung Z2 nur so viel Leistung frei, dass die tatsächliche Klemmenspannung die minimal zulässige Klemmenspannung' nicht unterschreitet. In der Zweigleitung Zl liegt vor dem Leistungsbegrenzer 4 ein Leistungsmesser 3, der in bestimmten Fällen auch ein Stromwandler sein kann. Dessen Ausgangssignal gelangt über die Leitung 5 zu dem Leistungsregler Rl, welcher an die Zweigleitung Z2, wenn die tatsächliche Klemmenspannung über den Minimalwert liegt, nur so viel Leistung zuführt, wie der positiven Differenz zwischen der maximal zulässigen Leistung für die Nebenleitung Ml und der tatsächlichen Leistung in der Zweigleitung Zl entspricht.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung kann leicht als Einbauteil E ausgeführt werden, welches sich insbesondere nachträglich in den Eingangsschaltkreis irgendwelcher Verbrauchergruppen, beispielsweise Haushaltungen, einbauen lässt. Hierbei kann natürlich der Leistungsregler Rl des Einbauteiles E so ausgebildet sein, dass dieser nicht nur kontinuierlich regelt, sondern auch je nach Leistungsverhältnissen, im Netz und je nach angeschlossenem Verbrauchertyp letzteren ein- oder ausschaltet und/oder auf Hoch- oder Niedertarif umschaltet.

309847/Q734

Für die zweite Gruppe von Nebenleitungen ist der Leistungsregler in der Zweigleitung Z2 mit einer Ausgangsklemme des Steuergerätes S verbunden, und diesem wird nur bei einer eventuellen Ueberlastung der Hauptleitung Hl ein Steuersignal von dem Steuergerät S zugeführt, um die Leistung in der Zweigleitung Z2 entsprechend zu drosseln. Die zulässige Leistung für die Zweigleitung Z2 wird in diesem Falle nicht nur durch den Spannungsmesser V (und den Leistungsmesser 3) beeinflusst, sondern auch zusätzlich durch das Steuergerät S überwacht. Dies ist jedoch nur dann notwendig, wenn durch den Verbraucher einer solchen Nebenleitung der Rest des Netzes stark beeinflusst wird, was jedoch bei normalen Netzverbrauchern, wie Haushaltungen, sehr selten ist.

Durch das beschriebene Verfahren zur elektrischen Energieverteilung kann durch den Leistungsregler kontinuierlich die zur Verfügung stehende elektrische Restleistung, die von den übrigen elektrischen Haushaltsgeräten nicht benötigt wird, einer elektrischen Speicherheizung zugeführt werden. Diese Energie kann in bekannter Weise z.B. durch Erwärmen eines Heisswasser-Reservoirs gespeichert werden und je nach Bedarf in Form von Wärme zum Heizen'der Räume wieder entnommen werden. Der verwendete Leistungsregler sorgt dafür, dass die Klemmenspannung an keinem Punkt des Netzes unter eine vorgegebene Minimalspannung absinkt. Diese kann fest vorgegeben sein oder von einer Schaltuhr als-Funktion der Zeit gesteuert werden, wodurch systematische Veränderungen der Netzbelastung berücksichtigt werden können. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens lässt sich ein sauberes, sicheres, ökonomisches und optimales elektrisches Heizungssystem verwirklichen, wobei das Netz optimal ausgelastet v/ird und keine neuen Zuleitungen und kostspielige Geräte hotwendig sind.

309847/0734

Claims

Pat en tansprüche

Verfahren zum stufenlosen. Verteilen elektrischer Energie auf eine Mehrzahl von Nebenleitungen eines Stromnetzes, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Nebenleitung entnommene Leistung durch einen Leistungsregler derart geregelt wird, dass.ein bestimmter Minimalwert der Klemmenspannung an der Nebenleitung nicht unterschritten wird.

2. Verfahren nach" Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Nebenleitung in zwei Zweigleitungen geteilt wird, wobei in die erste Zweigleitung ein Leistungsbegrenzer eingeschaltet wird, um die Leistung für die erste Zweigleitung auf einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen, und dass in die zweite Zweigleitung der Leistungsregler geschaltet wird, um die Leistung für die zweite Zweigleitung so zu regeln, dass durch die Gesamtleistung die bestimmte minimale Klemmenspannung an der Nebenleitung nicht unterschritten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsregler die Leistung für die zweite Zweigleitung derart regelt, dass die Gesamtleistung der beiden Zweigleitungen den vorbestimmten Maximalwert nicht übersteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Zweigleitung vor dem Leistungsbegrenzer ein Leistungsmesser eingeschaltet wird, dessen Ausgangssignal den Leistungsregler beaufschlagt, und dass der Leistungsregler der zweiten Zweigleitung eine Leistung zuführt, welche der Differenz zwischen der Maximalleisturig für die Nebenleitung und der tatsächlichen Leistung in der ersten Zweigleitung entspricht.

3098-47/0734

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungsregler ein Spannungsregler verwendet wird.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei, mit einer Nebenleitung (Ml) verbindbare Zweigleitungen (Zl und Z2)., welche mit unterschiedlichen, durch die Nebenleitung (Ml) zu speisenden Verbrauchern (A und H) verbindbar sind; wobei in die erste Zweigleitung (Zl) ein Leistungsbegrenzer (4) eingeschaltet ist, um die Leistung für die erste Zweigleitung.auf" einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen, und in die zweite Zweigleitung (Z2) ein Leistungsregler (Rl) geschaltet ist, um die Leistung für die zweite Zweigleitung so zu regeln, dass durch die Gesamtleistung die

- bestimmte minimale Klemmenspannung an der Nebenleitung nicht unterschritten wird; und wobei ferner ein die Klemmenspannung überwachender Spannungsmesser (V) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal ein Steuersignal für den Leistungsregler (Rl) bildet.

26.3.1973
Pe/ip

309847/0734

Leer seite