DE4017755C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Gleichstromverbrauchers in der Fernmeldetechnik und zum Einbau in Gebäuden, wobei die thermische Leistungsabgabe des Gleichstromverbrauchers den Einsatz einer Klimaanlage bedingt, wobei ferner eine Netzstromversorgung und eine bei Ausfall der Netzstromversorgung in Funktion tretende Ersatzstromversorgung vorgesehen sind, und wobei eine Pufferbatterie, für die Ersatzstromversorgung der Gleichspannung vorgesehen ist (Oberbegriff des Anspruchs 1). Die Pufferbatterie ist bevorzugt ein Bleiakkumulator.

Wie hierin angegeben, ist der Einsatzbereich der Erfindung die Fernmeldetechnik und dabei insbesondere der Betrieb einer Telefonvermittlungsanlage und Verstärkerstelle, wie sie in Fernmeldeämtern untergebracht ist. Für einen solchen Notstrombetrieb sind bei Fernmeldeanlagen folgende Anordnungen bzw. Konfigurationen von Geräten und deren Zusammenschaltung bekannt:

Im Falle von Fernmeldeanlagen mit elektromechanischem Anwahlverfahren wird ein statischer Gleichrichtersatz wahlweise vom öffentlichen Stromnetz oder von einer fahrbaren Netzersatzanlage gespeist. Sekundärseitig wird dieser Gleichrichtersatz mit einem Bleiakkumulator (sog. Pufferbatterie) parallel geschaltet. Dieser Bleiakkumulator hat im Regelfall ein Kapazitätsmaximum, das eine unterbrechungsfreie Stromversorgung von ca. 5 bis 7 Stunden bei Netzausfall gewährleisten soll. Während einer Störphase kann vom Bedienungspersonal eine fahrbare Gleichrichteranlage an die Fernmeldestromversorgung aufgeschaltet und somit die Entladung der Pufferbatterie kompensiert oder zumindest verzögert werden. Bei derartigen Vermittlungsstellen ist die thermische Leistungsabgabe so bemessen, daß eine unzulässige Erwärmung nicht eintritt und somit eine Klimaanlage nicht zwingend erforderlich ist.

In jüngerer Zeit geht man aber in der Fernmeldetechnik auf eine vollelektronische, digitale Vermittlungs- und Verstärkertechnik über, deren Leistungsbedarf bei höherer Packungsdichte gegenüber den zuvor erläuterten Anlagen mit elektromechanischer Anwahltechnik um etwa 100% höher ist. Bei diesen vollelektronischen, digitalen Vermittlungsanlagen ist also eine leistungsfähige Klimatisierungstechnik erforderlich. Bei Ausfall dieser Klimaanlage würde sich je nach der Umgebungstemperatur spätestens nach 15 bis 30 Minuten eine derartige Übertemperatur bei den Baugruppen und in den betreffenden Räumlichkeiten einstellen, daß dies die automatische Abschaltung der elektronischen Vermittlungsanlage zur Folge hätte.

Der o.g. Oberbegriff des Anspruchs 1 erfaßt beide vorgenannten Varianten der Ausgestaltung einer Fernmeldeanlage.

Generell gilt, daß der jederzeit mögliche Ausfall des öffentlichen Stromnetzes Maßnahmen erfordert, daß der jewei­ lige Betrieb, im Beispiel der Fernmeldevermittlungsbetrieb, ungestört aufrechterhalten bleibt. Nachteilig ist hierzu bei den vorbekannten Anlagen, daß die Kapazität der Bleiakkumu­ latoren auf 5 bis 7 Stunden ausgelegt werden mußte, um die Funktion der betreffenden fernmeldetechnischen Anlage entwe­ der bei Ausfall der Stromversorgung des öffentlichen Netzes oder des vorhandenen, statischen Gleichrichtersatzes sicher­ zustellen, bis zumindest eine fahrbare Netzersatzanlage zugeschaltet werden kann. Im übrigen hat die bisher übliche Anwendung statischer Gleichrichtersätze, die nach dem Trans­ formatorprinzip mit nachgeschaltetem, gesteuertem Thyristor­ satz arbeiten, den Nachteil der Rückwirkung des Thyristors auf das Netz derart, daß dort Oberwellen auftreten.

Aus DE-OS 38 07 942 ist eine Vorrichtung zur Notstromversorgung von Kraftfahrzeuen bei Ausfall des Hauptgenerators, d. h. der eigentlichen Lichtmaschine, bekannt. Hierbei fließt das vom Motor noch umgetriebene Motorenöl über eine Leitung zu einem Turbinenrad, treibt diese Turbine an und geht dann in den Ölsumpf zurück. Mit der Turbine ist ein Gleichstromgenerator gekoppelt, der somit beim Ausfall des Hauptgenerators tätig wird und die Batterie puffert. Eine Notstromversorgung an Kraftfahrzeugen liegt leistungsmäßig in einem Bereich bis zu 2 kW, während es bei der vorliegenden Erfindung um Ersatzleistungen ab mindestens 50 kW bis hinauf zu 200 kW oder vielleicht sogar mehr geht. Angaben hinsichtlich der erforderlichen Kapazität der Batterie im Hinblick auf eine Ersatzversorgung und die Überbrückung der Zeit bis Inbetriebnahme der Ersatzversorgung fehlen. Außerdem wird der Oberbegriff des Anspruchs 1 von dieser Literaturstelle nicht erfüllt. Sie ist daher gattungsfremd. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, daß diese Literaturstelle eine ganz andere Branche betrifft und keine Hinweise oder Anregungen auf die Bewältigung von Problemen beinhaltet, die sich bei fernmeldetechnischen Anlagen und dabei insbesondere aus der Notwendigkeit des Einsatzes einer Klimaanlage wegen der thermischen Leistungsabgabe des Gleichsstromverbrauchers und der hierzu vorgesehenen Ersatzstromversorgung ergeben. Weitere Unterschiede des Gegenstandes dieser Literaturstelle zum Gegenstand der Erfindung werden bei deren nachfolgender Erläuterung im einzelnen angegeben.

Aus der Veröffentlichung "Elektrotechnik" H. 19, 12. Oktober 1983, Seite 18-23, ist lediglich zu entnehmen, einen Gleichrichter zur Pufferung der Batterie einzusetzen, um dadurch batterieseitig eine Energie-Reserve zu haben, die über einen Wechselrichter einen Ersatzdrehstrom schaffen kann. Sofern die Batterie nicht mehr ausreicht, wird dann der Ersatzwechselstrom über einen Generator erzeugt. Ähnliche Hinweise finden sich in den Literaturstellen: Kraft: "Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit statischem Wechselrichter im Kreiskinderkrankenhaus St. Augustin" in BBC-Nachrichten, Sept./Okt. 1972, Seite 277-279; Taylor: "Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgungen" in Elektrisches Nachrichtenwesen, Bd. 44, Nr. 3, 1969, Seite 273-280 und Watson: "Stabilised and standby power Supplies for computers" in Electrical Review, 11. Febr. 1972, Seite 197-199.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einer Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die sowohl eine elektromechanische Anwähltechnik, als auch insbesondere eine vollelektronische, digitale Vermittlungs- und Verstärkertechnik aufweisen kann, eine genügend lange Ersatzstromversorgung unter technisch und wirtschaftlich verbesserten Bedingungen und insbesondere eine Minimierung der Batteriegröße zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgaben- bzw. Problemstellung ist erfindungsgemäß, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1, vorgesehen, daß zusätzlich und parallel zur normalen Gleichstromversorgung als Gleichsstromersatzaggregat ein dynamischer Gleichrichtersatz vorgesehen ist, der alternativ vom Stromnetz oder einer Stromersatzanlage betreibbar ist, daß die Kapazität der Pufferbatterie so dimensioniert ist, daß bei Nennbelastung dem Gleichstromnetz überlagerte Oberwellen egalisiert werden, so daß keine maßgebenden, negativen Rückwirkungen auf die Pufferbatterie entstehen und daß die Kapazität der Pufferbatterie zur Deckung von Spitzenlasten des Gleichstromverbrauchers ausreicht und daß eine Ersatzstromversorgung für die Klimaanlage vorgesehen ist (Kennzeichen des Anspruchs 1). Mit dem Zusammenwirken der Merkmale des Anspruchs 1 ist einerseits sichergestellt, daß nach wenigen Sekunden, in der Regel reichen 7 bis 15 Sekunden, der dynamische Gleichrichtersatz seine Funktion aufgenommen hat und die Gleichstromversorgung einer Fernmeldevermittlungsstelle bei Ausfall der normalen Gleichstsromversorgung sichergestellt ist. Ein solcher dynamischer Gleichrichtersatz und sein Zusammenwirken mit den übrigen Merkmalen des Anspruchs 1 ist prinzipiell technisch unterschieden zu der von Öl zu betreibenden Turbine und dem Gleichstromgenerator gemäß dem Gegenstand von DE-OS 38 07 942. Hinzu kommt, daß beim Gegenstand dieser Literaturstelle weder ein Stromnetz (Drehstromnetz) noch eine Stromersatzanlage vorhanden ist, welche den dort vorgesehenen Ersatzgleichstromgenerator betreiben könnte, während beim Erfindungsgegenstand der erläuterte dynamische Gleichrichtersatz alternativ vom Stromnetz oder einer Stromersatzanlage betreibbar ist. Im übrigen vermeidet die Erfindung gegenüber statischen Gleichrichtersätzen, bei denen die Sekundärwicklung eines Transformators auf Dioden oder Thyristoren wirkt, die gravierenden Nachteile der Entstehung hochfrequenter Oberwellen im Niederspannungsnetz. Auch würden dabei nachteilige Rückwirkungen von Oberwellen auf das Drehstromnetz durch das taktweise Zu- und Abschalten der Thyristoren entstehen.

Außerdem ist beim Gegenstand der Erfindung der weitere Vorteil vorhanden, daß die Kapazität der Pufferbatterie nur so zu bemessen ist, daß sie bei jedem Betrieb (also Normalbetrieb und Notbetrieb) ständig eine Egalisierung der gleichstromseitigen Oberwellen bewirkt, d. h. diese kompensiert, und daß sie durch die Rückwirkung der gleichstromseitigen Oberwellen nicht chemisch-physikalisch beschädigt wird. Dies könnte eine Beschleunigung des Alterungsprozesses der Batterie zur Folge haben. Ferner soll die Kapazität der Batterie so sein, daß sie in den Zeiträumen des Auftretens einer Spitzenbelastung seitens des Gleichstromverbrauchers den erhöhten Leistungsbedarf ebenfalls liefert, d. h. "puffert". Die hierzu notwendige Kapazität der Pufferbatterie beträgt nur etwa 5 bis 10% der Kapazität einer Pufferbatterie, welche den eingangs zum Stand der Technik genannten Zeitraum von 5 bis 7 h überbrücken müßte. Im übrigen ist eine Pufferbatterie mit einer Kapazität nach der Erfindung ohne weiteres auch in der Lage, die genannte relativ kurze Zeit von etwa maximal 15 sec zu überbrücken, die zwischen Ausfall der Normalversorgung und Inbetriebnahme der Notversorgung liegt. Insgesamt ergibt sich also eine ganz erhebliche Reduktion der Kapazität der Pufferbatterie. Dies hat aber nicht nur einen entsprechenden wirtschaftlichen Vorteil, sondern auch eine Schonung der Umwelt zur Folge, da die in der Regel verwendeten Bleiakkumulatoren beim Ladevorgang Knallgase bilden, deren Menge somit erheblich verringert wird. Außerdem ist der Raumbedarf einer nach der Erfindung benötigten Pufferbatterie wesentlich geringer als beim Stand der Technik. Ferner werden die Entsorgungsprobleme und Entsorgungskosten für alte, verbrauchte Akkumulatoren entscheidend reduziert. Die erfindungsgemäße ersatzweise Gleichstromversorgung kann gegenüber der bisher üblichen Notversorgung um einen wesentlichen Zeitraum verlängert werden und wird praktisch nur von dem Treibstoffvorrat des Antriebsmotors (Verbrennungsmotors) der zugehörigen Netzersatzanlage begrenzt. Aufgrund der Verwendung eines dynamischen Gleichrichtersatzes entstehen (siehe oben) keine hochfrequenten Oberwellen im Niederspannungsnetz. Diese können, sofern die Leistung eines statischen Gleichrichtersatzes einen gewissen Prozentsatz der Leistung der Netzersatzanlage erreicht, nämlich eine korrekte Ausregelung der Netzersatz­ anlage erschweren oder sogar unmöglich machen. Des weiteren addieren sich die Oberwellenspannungen im ungünstigsten Fall mit der Netzspannung auf einen Spannungswert, der elektroni­ sche Anlagenteile extrem gefährdet. Zusätzlich zu der be­ reits erläuterten Verringerung der Anschaffungskosten der Teile einer solchen Anlage werden auch die Wartungskosten reduziert. Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß beim Stand der Technik eine fahrbare Netzersatzanlage sowie eine fahr­ bare Gleichrichteranlage benötigt wurden, die mit der vor­ liegenden Erfindung unnötig gemacht werden. Für den Antrieb des dynamischen Gleichrichtersatzes genügt bei Ausfall des statischen Gleichrichtersatzes das Stromversorgungsnetz und bei Ausfall des Stromversorgungsnetzes eine Netzersatzanla­ ge. Falls noch eine Haustechnik und sonstige Geräte betrie­ ben werden müssen, kann dies parallel zum Betrieb des dyna­ mischen Gleichrichtersatzes alternativ durch die Netzstrom­ versorgung oder die Netzersatzanlage erfolgen. Falls der im Notfall mit Gleichstrom zu versorgende Verbraucher eine Fernsprechvermittlungsstelle mit Digitaltechnik ist, zu dessen Funktion eine Klimaanlage benötigt wird, ist hierzu eine Ersatzstromversorgung vorgesehen. Bei Ausfall des Stromnetzes ist dafür gesorgt, daß die vorgenannte Ersatzstromversorgung umgehend in Funktion tritt (VDE 0108).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (An­ spruch 5) kann die gleiche Netzersatzanlage sowohl zum Antrieb des dynamischen Gleichrichtersatzes, als auch zum Betrieb der Klimaanlage und ferner zum Betrieb der Haustech­ nik und etwaiger sonstiger Geräte dienen, so daß nur eine einzige Netzersatzanlage vorzusehen ist.

Die Erfindung kann ferner mehrere, zumindest zwei dynamische Gleichrichtersätze für die Notversorgung mit Gleichstrom vorsehen und in verschiedener Weise anordnen und schalten (siehe Ansprüche 7 bis 11). Da zwei in der Leistung kleinere dynamische Gleichrichtersätze billiger sind als ein stati­ scher Gleichrichtersatz für die Gesamtleistung, ergeben sich hierdurch Reduzierungen der Anlagekosten. Außerdem kann somit bei Ausfall einer der dynamischen Gleichrichtersätze der andere dynamische Gleichrichtersatz bzw. die anderen dynamischen Gleichrichtersätze trotzdem die Notstromversor­ gung decken.

Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 11. Hiermit ist eine Einheit aus dem dem Antrieb dienenden Verbrennungsmotor (in der Regel ein Dieselmotor), einem Generator für die Haustechnik und einer Klimaanlage und schließlich dem Generator des dynami­ schen Gleichrichtersatzes geschaffen. Dies reduziert die Herstellungskosten, da der sonst notwendige elektrische Antriebsmotor des dynamischen Gleichrichtersatzes entfällt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren, vorstehend nicht im einzelnen erläuterten Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsmöglichkeit der Erfindung,

Fig. 2 eine Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ebenfalls in schematischer Darstellung eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.

Soweit in den einzelnen Ausführungsbeispielen einander identische Bauteile oder Geräte vorgesehen sind, haben sie in allen Ausführungsbeispielen die gleiche Bezifferung erhalten. Sinngemäß können bei einem der Ausführungsbeispie­ le vorgesehene Geräte oder Anordnungen auch bei den anderen Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommen.

Fig. 1 zeigt die Netzleitung 1, die über eine Leitung 2 zu einer Stromschiene 3 bzw. einem entsprechenden Stromnetz innerhalb der Anlage führt. Hiervon geht eine Leitung 4 zu der Versorgung einer Haustechnik und/oder sonstiger Geräte 4′, eine Leitung 5 zu einem statischen Gleichrichtersatz 6, eine Leitung 7 zu einem dynamischen Gleichrichtersatz 8 und eine Leitung 9′ zu einer Klimaanlage 9. Ferner ist eine Netzersatzanlage 10 vorgesehen, die über eine Leitungs- und Schaltanordnung 11 mit der Leitung 2 verbindbar ist. Eine Meldeleitung 12 führt vom Ausgang des statischen Gleichrich­ tersatzes bzw. Eingang einer Gleichstromschiene 37 über eine Meldeeinrichtung ⊲ U 13 zu einem Zu- und Abschalter 14 der Leitung 7. An die Gleichstromschiene 37 sind angeschlossen die Ausgangsleitung 15 des statischen Gleichrichtersatzes 6, eine Zuleitung 16 von einer Pufferbatterie 17 und eine Zuleitung 18 vom dynamischen Gleichrichtersatz 8. Der Gleichstromverbraucher ist schematisch mit 19 beziffert. Die in Frage kommende Gleichspannung sei beispielsweise 60 V.

Im Normalfall, d. h. wenn weder das Netz 1 noch der statische Gleichrichtersatz 6 ausgefallen bzw. defekt sind, wird vom Stromnetz 1 her über den statischen Gleichrichtersatz 6 der Gleichstromschiene 37 und damit dem Verbraucher 19 der notwendige Gleichstrom zugeführt. Zugleich erfolgt die Energieversorgung der Haustechnik usw. 4′ und einer et­ waigen Klimaanlage 9 über die Leitungen 4 und 9.

Angenommen, der statische Gleichrichtersatz 6 fällt aus, so wird über die Leitung 12 und das Relais oder Schalter 13 die Leitung 7 bei 14 geschlossen und der dynamische Gleichrich­ tersatz 8 wird von 1 über die Leitung 2, 7 betrieben. Wäh­ rend der Zeit zwischen Ausfall des Gleichrichtersatzes 6 und Inbetriebnahme des Ersatzaggregates in Form des dynamischen Gleichrichtersatzes 8 versorgt die Batterie 17 den Verbrau­ cher 19 mit dem notwendigen Gleichstrom. Die automatische Zu- bzw. Abschaltung des dynamischen Gleichrichtersatzes 8 hängt also von der ausgangsseitigen Gleichspannung des statischen Gleichrichtersatzes 6 ab. Der dynamische Gleich­ richtersatz 8 selber besteht z. B. aus einem Drehstrommotor 20 normaler Netzfrequenz und einem Drehstromgenerator 21 mit demgegenüber höherer Frequenz, z. B. 400 Hz, sowie einem dem Generator nachgeschalteten Halbleitergleichrichtersatz, z. B. einem Thyristor. Der dynamische Gleichrichtersatz kann aber auch als Hybridbausatz ein Generator/Motor sein, der Motor- und Generatorwicklungen in einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor aufnimmt, wobei die Generatorfre­ quenz des Stators auf hohe Frequenzen, z. B. die o. g. 400 Hz, ausgelegt ist. Derartige Generator-/Motoranordnungen sind für sich bekannt. Mit der somit erzeugten Hochfrequenz wird der Thyristor gespeist, der Gleichstrom mit geringer Rest­ welligkeit liefert. Wegen der galvanischen Trennung der Primärseite (Rotor) von der Sekundärseite (Stator) und wegen der Drehbewegung zwischen Rotor und Stator können generell vom Thyristor her keine Rückwirkungen auf das einspeisende Drehstromnetz erfolgen. Es kann stets nur entweder der statische Gleichrichtersatz 6 (bzw. ein analoges Gerät) oder aber der dynamische Gleichrichtersatz 8 auf die Gleichstrom­ schiene 37 und damit in den Verbraucher 19 einspeisen.

Erwähnt sei, daß anstelle des üblichen statischen Gleich­ richtersatzes 6 bei Normalbetrieb auch eine andere Umwand­ lung des Drehstromes in Gleichstrom vorgesehen sein könnte.

Fällt das Stromnetz 1 aus, so hat dies einen Ausfall der Gleichstromversorgung 6 und damit über die Leitung 12, das Relais oder dgl. 13 und den Schalter 14 eine Zuschaltung des dynamischen Gleichrichtersatzes 8 an die Leitung 7 zur Folge. Nach Inbetriebnahme der Netzersatzanlage 10 erfolgt über eine gestrichelt eingezeichnete Kommandoleitung 23 ein Umschalten des Schalters 26′ aus der dargestellten Lage in die Schließstellung und des Schalters 26′′ aus der darge­ stellten Lage in die Offenstellung. Damit ist die Netzer­ satzanlage in Betrieb genommen (siehe auch VDE 0108), denn der vom Verbrennungsmotor 24 angetriebene Generator 25 versorgt über den dann geschlossenen Schalter 26′ die Lei­ tung 26, den Schalter 22′ und die Schiene 3 die Haustechnik und dgl. 4′, die Klimaanlage 9 und den Antriebsmotor 20 des dynamischen Gleichrichtersatzes 8 mit der notwendigen elektrischen Leistung.

Fig. 2 zeigt eine Anlage, die gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch geändert ist, daß an die Stelle des in Fig. 1 vorgesehenen statischen Gleichrichtersatzes 6 ein dynamischer Gleichrichtersatz 27 getreten ist. Es sind also ausschließlich dynamische Gleichrichtersätze, im vorliegen­ den Ausführungsbeispiel zwei dieser Sätze, vorgesehen und einander parallel geschaltet, nämlich der vorgenannte Satz 27 und der dynamische Gleichrichtersatz 8 des ersten Ausfüh­ rungsbeispieles. Zur Einspeisung in das Gleichstromnetz 37 liegen also ausschließlich kompatible, dynamische Gleich­ richtersätze 27, 8 vor, die im redundanten Betrieb einge­ setzt werden. Sie können wahlweise automatisch oder manuell zu- und abgeschaltet werden.

Bei Ausfall des dynamischen Gleichrichtersatzes 27 wird über die Leitung 28 und das Relais oder dgl. ⊲ U 36 und den Schalter 14 der dynamische Gleichrichtersatz 8 an die Dreh­ stromschiene 3 gelegt. Falls das Netz ausgefallen ist, erfolgt in der in Fig. 1 erläuterten Weise auch die Inbe­ triebnahme der Netzersatzanlage 10. Durch den hier gegebenen Wegfall des statischen Gleichrichtersatzes entfällt der einem solchen Gleichrichtersatz vorgegebene Nachteil einer relativ hohen Phasenverschiebung (cos ϕ 0,75). Der dynami­ sche Gleichrichtersatz hat demgegenüber einen wesentlich besseren cos ϕ (bis zu 0,9). Ferner entfällt der Nachteil der der Netzfrequenz überlagerten 6- oder 12-pulsigen Ober­ wellen. Damit entfallen bzw. reduzieren sich auch die sonst hierfür notwendigen aufwendigen Kompensations- und Filter­ techniken. Insbesondere entfällt die Gefahr, daß durch hochfrequente Oberwellen die korrekte Ausregelung der Netz­ ersatzanlage erschwert oder sogar verhindert wird.

Die redundanten, dynamischen Gleichrichtersätze 27, 8 sind ohne Einschränkung für die volle Nennlast ausgelegt. Ein eventuell benötigter zusätzlicher Ladestrom für die Puffer­ batterie 17 kann von dem jeweils freien dynamischen Gleich­ richtersatz 27 oder 8 geliefert werden. Wie eingangs schon erläutert, wird die Pufferbatterie so ausgelegt, daß sie und der jeweilige Gleichrichtersatz (bzw. Gleichrichtersätze) einander ergänzend eine Egalisierung der Gleichspannung an der Schiene 37 bewirken. Ist die Batteriespannung abgesun­ ken, so wird sie vom jeweiligen dynamischen Gleichrichter­ satz auf den notwendigen Wert erhöht, und ist die Spannung des jeweiligen speisenden Gleichrichtersatzes zu niedrig, so kann dies von der Batterie 17 her "gepuffert" werden. Die Batteriekapazität 17 muß ferner so ausgebildet sein, daß sie etwaige Spitzenanforderungen des Verbrauchers 19 kompensie­ ren kann.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die im wesentlichen der der Fig. 2 entspricht, jedoch ergibt sich aus Fig. 3, daß auch mehr als zwei dynamische Gleichrichtersätze vorgesehen sein können, nämlich in diesem Ausführungsbeispiel drei dynamische Gleichrichtersätze 29, 30 und 31. Die Leistung jedes dieser drei dynamischen Gleichrichtersätze beträgt jeweils nur 50% der vom Verbraucher 19 geforderten Lei­ stung, so daß bei Normalbetrieb und auch bei Ersatzbetrieb jeweils zwei dieser einander parallel geschalteten dynami­ schen Gleichrichtersätze zusammenarbeiten, z. B. 29 und 30 einerseits und 30 und 31 andererseits, usw. Dies kann entweder manuell oder automatisch geschaltet werden. Wenn einer dieser drei Gleichrichtersätze ausfällt, so geben die beiden übrigen Gleichrichtersätze immer noch die erforderli­ chen 100% Leistung. Dies ist aus den erläuterten Gründen eine sehr wirtschaftliche und zugleich sichere Anordnung, die sich insbesondere bei einem höheren Leistungsbedarf des Gleichstromverbrauchers 19 empfiehlt. Wie erwähnt, ist die Zahl der dynamischen Gleichrichtersätze nicht auf zwei oder drei begrenzt. Es könnten z. B. auch vier dynamische Gleich­ richtersätze vorgesehen sein. Die Bemessung der Leistung dieser Gleichrichtersätze berechnet sich bevorzugt nach der Formel "n+1". Dabei ist "n" die Zahl der Gleichrichtersät­ ze, deren Leistungen zusammen 100% der vom Verbraucher verlangten Leistung ergeben. Dann kommt noch "1" Gleichrich­ tersatz hinzu, der die gleiche Leistung wie einer der "n"-Gleichrichtersätze hat, so daß der Gleichrichtersatz "1" einen der "n"-Gleichrichtersätze ersetzen kann.

Die Ausführungsform der Fig. 4 zeigt hinsichtlich des stati­ schen Gleichrichtersatzes 6 und des dynamischen Gleichrich­ tersatzes 8′ eine Ausgestaltung, welche der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in etwa entspricht. Alternativ könnte aber auch gemäß der erläuterten bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung lt. Fig. 2 anstelle des statischen Gleichrichtersatzes 6 ein dynamischer Gleichrichtersatz gemäß Ziffer 27 in Fig. 2 vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt nun eine bevorzugte Ausgestaltung des Antriebes des als Ersatzaggregat dienenden dynamischen Gleichrichter­ satzes 8′ und zugleich auch des Generators 25 der Netzersatz­ anlage durch einen gemeinsamen Verbrennungsmotor 32. Mit diesem Verbrennungsmotor 32 kann wahlweise nur der dem Antrieb dienende Rotor des dynamischen Gleichrichtersatzes 8′, oder nur der Rotor des Generators 25, oder aber beide vorgenannten Rotoren gekoppelt werden; je nachdem, welcher Betriebszustand jeweils erforderlich ist. Wenn die Anordnung 8′, 25, 32 im sogenannten "Insel"-Betrieb gefahren wird, d. h. der Generator 25 angetrieben wird, und wenn ferner ein statischer Gleichrichtersatz 6 vorhanden ist, so ist in diesem Falle über eine Auswerteeinheit ⊲ U 33 ein Schalter 34 zu öffnen, der den statischen Gleichrichtersatz 6 von der Schiene 3 trennt. Dies hat den Vorteil, daß dann von dem statischen Gleichrichtersatz keine schädlichen Oberwellen mehr in den Drehstromgenerator 25 geliefert werden können.

Die Zuschaltung des Verbrennungsmotors 32 erfolgt über das Relais oder dgl. ⊲ U 35, wobei dieses Relais oder dgl. dann wirksam wird, wenn die Gleichspannung an der Schiene 37 unter den Sollwert gesunken ist bzw. der ausgefallene Gleichrichtersatz 6 oder 27 keine Gleichspannung mehr lie­ fert. Fällt dagegen das Netz 1 aus, so wird der Verbren­ nungsmotor 32 über ⊲ U 33 in Betrieb genommen. Wie erwähnt, wird dann je nach Erfordernis der dynamische Gleichrichter­ satz 8′ und/oder der Generator 25 mit dem Verbrennungsmotor 32 gekoppelt. Ein Antrieb nur des dynamischen Gleichrichter­ satzes kommt dann in Frage, wenn zwar der für Normalbetrieb vorgesehene Gleichrichtersatz (6 oder 27) ausgefallen sein sollte, nicht aber das Stromnetz 1.

Der Generator 25 dient auch hier zur Ersatz-Drehstromversor­ gung der Haustechnik und der Klimaanlage. Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach Fig. 4 besteht darin, daß nicht nur der gesonderte Antriebsmotor 20 für den dynamischen Gleichrichtersatz wegfällt, sondern daß außerdem der Dreh­ stromgenerator 25 nur für den Leistungsbedarf der allgemei­ nen Haustechnik und der Klimaanlage auszulegen ist.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß auch beim Aus­ führungsbeispiel der Fig. 4 die Vorteile erreichbar sind, die anhand des ersten Ausführungsbeispieles (Fig. 1) erläu­ tert wurden.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale sowie ihre Kombinationen untereinander sind erfindungswesentlich.

Claims (16)

1. Elektrische Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Gleichstromverbrauchers in der Fernmeldetechnik und zum Einbau in Gebäuden,

• - wobei die thermische Leistungsabgabe des Gleichstromverbrauchers den Einsatz einer Klimaanlage bedingt,
• - wobei ferner eine Netzstromversorgung und eine bei Ausfall der Netzstromversorgung in Funktion tretende Ersatzstromversorgung vorgesehen sind, und
• - wobei eine Pufferbatterie für die Ersatzstromversorgung der Gleichspannung vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß zusätzlich und parallel zur normalen Gleichstromversorgung als Gleichstromersatzaggregat ein dynamischer Gleichrichtersatz (8; 8′; 27, 29, 30, 31) vorgesehen ist, der alternativ vom Stromnetz (1) oder einer Stromersatzanlage (10, 32) betreibbar ist,
• - daß die Kapazität der Pufferbatterie (17) so dimensioniert ist, daß bei Nennbelastung dem Gleichstromnetz überlagerte Oberwellen egalisiert werden, so daß keine maßgebenden, negativen Rückwirkungen auf die Pufferbatterie entstehen, und
• - daß die Kapazität der Pufferbatterie zur Deckung von Spitzenlasten des Gleichstromverbrauchers (19) ausreicht und
• - daß eine Ersatzstromversorgung für die Klimaanlage (9) vorgesehen ist.

2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung des dynamischen Gleichrichtersatzes (8; 8′; 27; 29, 30, 31) in Abhängigkeit von der minimal zulässigen Gleichspannung erfolgt, die von dem Gleichrichtersatz (6) für normale Stromversorgung abgegeben wird.

3. Elektrische Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Meldeleitung (12), die von dem Gleichrichtersatz (6) für Normalstromversorgung zu einer Zuschaltung (14) des Antriebsmotors (20) des die Ersatzstromversorgung bildenden dynamischen Gleichrichtersatzes (8) führt.

4. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Gleichrichtersatz (8) als Antrieb einen Drehstrommotor (20) und ferner einen davon getriebenen Drehstromgenerator (21) mit gegenüber der Netzfrequenz höherer Frequenz, z. B. 400 Hz, sowie einem dem Drehstromgenerator nachgeschalteten Halbleitergleichrichtersatz aufweist.

5. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch einen Verbrennungsmotor (24) angetriebene Netzersatzanlage (10) vorgesehen ist, die im Ersatzfall den Antriebsmotor (20) des dynamischen Gleichrichtersatzes (8), die sogenannte Haustechnik und sonstige Verbraucher (4′), und die Klimaanlage (9) mit elektrischer Energie versorgt.

6. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dynamische Gleichrichtersätze vorgesehen sind und entweder ersatzweise arbeiten oder elektrisch parallel geschaltet sind.

7. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei dynamische Gleichrichtersätze (27, 8) vorgesehen und kompatibel im einander ersetzenden (redundanten) Betrieb automatisch oder manuell zu- und abschaltbar sind, wobei zumindest ein Gleichrichtersatz für Normalbetrieb und zumindest ein Gleichrichtersatz für Ersatzbetrieb vorgesehen und geschaltet sowie antreibbar ist.

8. Elektrische Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei dynamische Gleichrichtersätze (27, 8) mit je 100% der vom Gleichstromverbraucher geforderten Leistung.

9. Elektrische Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch drei dynamische Gleichrichtersätze (29, 30, 31) mit je 50% der vom Gleichstromverbraucher geforderten Leistung.

10. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der dynamischen Gleichrichtersätze (27, 8; 29, 30, 31) zur Ladung der Pufferbatterie (17) dient.

11. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Antrieb in Form eines Verbrennungsmotors (32) für den Antrieb des dynamischen Gleichrichtersatzes und ferner für den Antrieb des Drehstromgenerators (25), der für den Betrieb der Klimaanlage (9) und der Haustechnik (4′) dient.

12. Elektrische Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Antriebsmotor (32) wahlweise koppelbar ist mit

• a. nur dem Generator (21) des dynamischen Gleichrichtersatzes (8′),
• b. nur dem Drehstromgenerator (25) einer Netzersatzanlage für den Betrieb der Klimaanlage (9) und der Haustechnik (4′),
• c. sowohl mit dem Generator (21) des dynamischen Gleichrichtersatzes (8′) als auch mit dem Drehstromgenerator (25) der Netzersatzanlage.

13. Elektrische Anlage nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch Mittel, um bei Betrieb der Netzersatzanlage gemäß Anspruch 12 und 13 einen etwa vorhandenen statischen Gleichrichtersatz (6) der Normalversorgung abzuschalten (34).

14. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meldeleitung von der Gleichspannungsseite oder -schiene (37) des Gleichstromverbrauchers (19) zum gemeinsamen Antriebsmotor (32) führt und durch eine Steuerung (35) derart, daß der gemeinsame Antriebsmotor inkl. dynamischem Gleichrichtersatz (8′) bei Abfall der Gleichspannung unter den Sollwert (1) zugeschaltet wird.

15. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Meldeleitung vom Stromversorgungsnetz (1) her zum gemeinsamen Antriebsmotor (32) inkl. Drehstromgenerator (25) und durch eine Steuerung (33) derart, daß der gemeinsame Antriebsmotor bei Ausfall der Netzversorgung (1) zugeschaltet wird.