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Einrichtung zum Überwachen des Betriebes einer Anlage zur Verteilung
von Energie. Die Einrichtung, die den Gegenstand der Erfindung bildet, soll vor
allem die Überwachung des Betriebes einer Anlage zur Verteilung elektrischer Energie
erleichtern. Die Erfindung wird darum zunächst in ihrer Anwendung auf eine elektrische
Verteilungsanlage beschrieben. Sie kann aber, wie später gezeigt werden soll, auch
bei Anlagen zur Verteilung eines materiellen Mittels, 'wie Wasser, Druckluft, Gas
o. dgl., angewendet werden.
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Der Erfindung, in Anwendung auf eine elektrische Verteilungsanlage,
ist die Aufgabe zugrunde gelegt, den »Spannungszustand« der Anlage und ihrer einzelnen
Teile sichtbar nachzubilden an einer »Spannungstafel«, die in einer »Überwachungstelle«
untergebracht ist. Vor allem ist dabei an eine Verteilungsanlage mit einem weit
ausgedehnten Verteilungsnetz und mehreren Schaltstellen gedacht, die räumlich weit
voneinander entfernt liegen und alle mit der Überwachungstelle für Nachrichtenübermittlung
verbunden sind, beispielsweise durch Telephonleitungen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Generatoren und die Leitungstrecken,
die Trennschalter im Zuge der Verteilungsleitungen und die Schalter in den Erregerstromkreisen
der Generatoren, gegebenenfalls auch die angeschlossenen Verbrauchsanlagen an der
Spannungstafel durch »Wechselmarken« nachgebildet,
deren Erscheinungen
zwischen zwei deutlich unterscheidbaren Formen wechseln können. Von den beiden Erscheinungsformen
einer solchen Wechselmarke wird die eine dein »geladenen« oder »erregten« Zustand
des durch die Wechselmarke nachgebildeten Teiles der Verteilungsanlage zugeordnet,
die andere dem »spannungslosen« Zustand dieses Teiles.
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Zur Kennzeichnung des allgemeinen Prinzips der Einrichtung, durch
welche diese Zuordnung praktisch ausgeführt wird, muß eine kurze Darstellung des
Vorganges und der Bedingungen der Spannungsfortschaltung in einer elektrischen Anlage
vorausgeschickt werden. Dabei sollen einige besondere Bezeichnungen eingeführt werden,
um die weitere Beschreibung abzukürzen. Es wird irgendein Trennschalter in der Verteilungsanlage
ins Auge gefaßt. Unter Trennschalter ist hier jeder Schalter zu verstehen, durch
dessen Öffnung der Verteilungstromkreis unbelastet oder unter Last an einer Stelle
unterbrochen werden kann. Ist ein solcher Schalter offen, so liegen an ihm zwei
freie »Enden« des Verteilungsnetzes einander gegenüber. Das eine sei zuerst spannungslos,
dann unter Spannung zu setzen; es wird als das »anzuschließende Ende« bezeichnet.
Das andere wird als »Anschlußende«, der zwischen beiden Enden liegende Trennschalter
wird als »Anschlußschalter« bezeichnet. Die Möglichkeit, das anzuschließende Ende
durch Einlegen des Anschlußschalters unter Spannung zu setzen, ist gegeben, wenn
das Anschlußende geladen ist. Ob diese Bedingung erfüllt ist, hängt von der Stellung
eines anderen Schalters ab, der als »Ladungschalter« des Anschlußendes bezeichnet
wird. Es kann wieder ein Trennschalter in der Verteilungsleitung sein, und dann
ist es der erste Trennschalter, den man erreicht,wenn man vom Anschlußschal.ter
ausgehend die Leitungstrecke mit dem Anschlußende verfolgt. Die fragliche Abhängigkeit
besteht dabei nur in dem Sinne, daß die Möglichkeit, das anzuschließende Ende durch
Einlegen des Anschlußschalters aufzuladen, aufgehoben ist, wenn der Ladungschalter
des Anschlußendes offen steht, also nicht auch in dein Sinne, als ob die Schließung
des Ladungscfalters des Anschlußendes jene Möglichkeit unbedingt schüfe. Der Ladüngschalter
des Anschlußendes kann aber auch der Ausschalter im Erregerstromkreis des Generators
sein, dann nämlich, wenn das Anschlußende die Arbeitswicklung eines Generators ist.
In diesem Fälle wird die Möglichkeit, das 'anzuschließende Ende durch den Anschlußschalter
unter Spannung zu setzen, durch Einlegen des Ladüngschalters für das Anschlußende
geschaffen, durch seine Öffnung aufgehoben.
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Das zu kennzeichnende Prinzip besteht nun darin, daß die Wechselmarke
eines anzuschließenden Endes konform mit dem zugehörigen Anschlußschalter gesteuert,
die Wirksamkeit der dafür verwendeten Verbindung zwischen dem Anschlußschalter und
der Wechselmarke aber von der Stellung des Ladungschalters des zugehörigen Anschlußendes
abhängig gemacht wird, und zwar so, daß diese Verbindung- unwirksam ist, wenn der
Ladungschalter des Anschlußendes offensteht.
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Dieses Prinzip wird an jeder Stelle der Verteilungsanlage angewendet,
wo sich ein Trennschalter befindet. Es ist zu beachten, daß ein bestimmter Trennschalter
im Sinne des Prinzips an einer Stelle Anschlußschalter und für eine benachbarte
Stelle Ladungschalter sein kann.
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Ein Ausführungsbeispiel einer nach diesem Prinzip gebauten Einrichtung
ist zur Erläuterung des Erfindungsgedankens auf der Zeichnung in schematischer Weise
veranschaulicht. Dafür ist noch eine für die praktische Durchführung der Erfindung
nicht unerläßliche Voraussetzung gemacht. Es ist das Vorhandensein einer »Schaltungstafel«
vorausgesetzt, an der der Schaltungszustand der Anlage durch bewegliche Marken nachgebildet
werden kann, und es ist angenommen, daß diese Schaltungstafel zur Steuerung der
Wechselmarken an der Spannungstafel mit verwendet werden soll. Die Schaltungstafel
und die Spannungstafel sind in demselben Raum der über wachungstelle untergebracht
zu denken, die Schaltungstafel etwa auf einem Tisch, die Spannungstafel an einer
Wand hinter dem Tisch im Blickfeld des Wärters der Schaltungstafel.
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Auf der Zeichnung ist oben in der gestrichelten Umrandung B das Schema
der Verteilungsanlage dargestellt. Es ist eine Anlage mit drei gleichen Zweigen
angenommen, die über eine Sammelschiene T miteinander verbunden werden können. Im
ersten der drei Zweige kann ein Generator G mit einem Schalter S1 in seinem Erregerstromkreis
über einen Schalter SZ an eine Leitungstrecke L und einen zweiten Schalter S3 an
die Sammelschiene T angeschlossen werden. Die Anlage enthält vier Schaltstellen,
die mit römischen Ziffern bezeichnet sind, je eine in den drei Generatorstationen,
die vierte in der Station der Sammelschiene T.
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Unten auf der Zeichnung ist in der strichpunktierten Umrandung A die
Schaltungstafel dargestellt. Auf der Tafel sind die Schalter S1, S2, S3 durch Marken
s', s", s"' nachgebildet, die den Hebeln von Wasserleitungshähnen ähnlich sind und,
wie noch gezeigt wird, auch als Schaltergriffe benutzt werden. Der Generator G ist
nachgebildet durch eine mit der
Markes verbundene exzentrische Scheibe
g', die Leitungstrecke L durch eine Leiste oder einen Farbstreifen l', die
Sammelschiene T
durch einen Körper oder Farbfleck t', der einem T-Stück ähnlich
ist. Die Schaltermarken s', s-, s"' sind in ihrer Offenstellung gezeichnet,
ebenso wie die entsprechenden Schalter S1, S2, S3 der Verteilungsanlage B.
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Der Raum der überwachungstelle C, in dem sich die Schaltungstafel
A und die noch zu beschreibende Spannungstafel D befinden, ist mit den vier Schaltstellen
der Verteilungsanlage B für Nachrichtenübermittlung durch eine Telephonanlage verbunden.
Diese Verbindung ist auf der Zeichnung durch die miteinander verbundenen Telephonapparate
C und B` angedeutet. C befindet sich bei der Schaltungstafel A in
der Überwachungstelle C, in Reichweite des Wärters der Schaltungstafel. B' soll
andeutungsweise die Telephonapparate in den vier Schaltstellen der Verteilungsanlage
vertreten. Diese Apparate sind nicht einzeln gezeichnet worden, um das Bild nicht
unübersichtlich zu machen.
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Die Spannungstafel ist auf der Zeichnung durch die strichpunktierte
Umrandung D und durch die innerhalb dieser Umrandung stark ausgezogenen Figuren
veranschaulicht. Als Wechselmarken sind durchscheinende Figuren angenommen, die
von Glühlampen erhellt werden können, für den Generator G eine Kreisscheibe g, für
den Schalter SZ eine Scheibe s2 innerhalb der Scheibe g, für die Leitungstrecke
L ein Streifen 1r für die Sammelschiene T eine Scheibe t, für
den Schalter S3 eine Scheibe s3 innerhalb der Scheibe t. Die beiden anderen Zweige
der Verteilungsanlage B sind in gleicher Weise an der Spannungstafel D nachgebildet.
Die Glühlampen liegen sämtlich mit einem Pol an Erde. Diese Erdverbindung ist zur
Vereinfachung der Zeichnung nur bei den Glühlampen der Wechselmarken g und s2 angedeutet.
Mit dem anderen Pol können die Glühlampen durch ein System von Schaltern und Leitungen
an die eine Klemme eines Wechselstromgenerators E angeschlossen werden, dessen andere
Klemme an Erde liegt und somit durch Erde mit dem geerdeten Pol der Glühlampe verbunden
ist.
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Dieses System von Schaltern und Leitungen ist auf der Zeichnung voraussetzungsgemäß
in Verbindung mit der Schaltungstafel A dargestellt. Dem System wird der Strom von
der nichtgeerdeten Klemme des Generators E an drei Speisepunkten P, P2, P3 zugeführt,
die den Generatorstationen I, II, III der Verteilungsanlage B entsprechen. Die von
den Speisepunkten ausgehenden Leitungszüge führen zu einem Knotenpunkt T', der der
Sammelschiene T der Schaltstelle IV entspricht. In jedem der so gebildeten drei
Zweige des Leitungsystems sind Trennschalter S', S", S"' eingebaut, die den Schaltern
S1, S@, S3 der Verteilungsanlage B entsprechen. Ein LeitungstückL' zwischen den
SchalternS" und S` entspricht der Leitungstrecke L der Verteilungsanlage,
ein Leitungstück G' zwischen den Schaltern S' und S" entspricht den Klemmen des
Generators G der Schalterstelle I. Die Trennschalter S', S", S"' sind so ausgeführt,
daß ihre Schaltmesser den Leitungszug an zwei Stellen unterbrechen. Mit den Schaltmessern
sind die Leitungen zu den Glühlampen der entsprechenden Wechselmarken an der Spannungstafel
D verbunden, beispielsweise das Messer des Schalters S' durch eine Leitung m mit
der Glühlampe der Marke g, das Messer des Schalters S" durch die Leitung n mit der
Glühlampe der Marke s. usw. Das Leitungstück L' ist durch eine Leitung o mit den
Lampen der Wechselmarke 1, der Knotenpunkt T' durch eine Leitung p
mit der Glühlampe der Sammelschienenmarke t an der Spannungstafel
D
verbunden.
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Für die Betätigung der Schalter S', S", S"' sind die Schaltmesser
mit den entsprechenden Marken der Schaltungstafel A verbunden, die als Handgriffe
für die Bewegung der Schalter dienen. Diese Verbindungen sind auf der Zeichnung
einfach als Wellen zur Übertragung der Drehbewegung dargestellt. Beispielsweise
ist das Schaltmesser S" mit- dem Handgriff s" durch eine Welle q, das Schaltmesser
S"' mit dem Handgriffs... durch eine Welle r verbunden. Die Verbindung ist
so gedacht, daß das Schaltmesser in Schließstellung kommt, wenn die zugehörige Marke
an der Schaltungstafel in die Schließstellung, also mit ihrer längeren Abmessung
in die Richtung des Leitungszuges gestellt wird.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird von dem auf der Zeichnung dargestellten
Zustand der Gesamtanlage ausgegangen- Alle Schalter der Verteilungsanlage B sind
offen, die ganze Verteilungsanlage ist spannungslos. Wird, nun beispielsweise der
Generator G erregt, wofür die Schließung des Schalters S1 in der Station I erforderlich
ist, so hat der hiervon telephonisch benachrichtigte Wärter an der Schaltungstafel
A der Überwachungstation C den Schalters' in die gestrichelt gezeichnete Lage zu
drehen. Dabei wird auch das Schaltmesser S' in seinen Leitungszug eingeschaltet,
mit der Folge, daß die Marke g des Generators an der Spannungstafel aufleuchtet.
Gleichzeitig wird damit das Leitungstück G' zwischen den Schaltern S' undS" unter
Spannung gesetzt. Wird nun der Schalter SZ der Verteilungsanlage B geschlossen,
so hat der hiervon benachrichtigte Wärter der Schaltungstafel A die Marke s" in
den Leitungszug
zu drehen. Hierdurch wird nicht nur die Lampe der
Schaltermarkes, an der Spannungstafel D erleuchtet, sondern zugleich auch die Marke
L der Leitungstrecke L, da das Leitungstück L', an das die Lampen
der Marke L angschlossen sind, durch Schließen des Schalters S" unter Spannung gesetzt
wird. In gleicher Weise kann dieses Verfahren fortgesetzt werden; es kann auch an
einer anderen Stelle oder an mehreren Stellen zugleich begonnen werden. Bei richtiger
Bedienung der Einrichtung gibt die Spannungstafel D dem Wärter in der Überwachungstation
C jederzeit ein Bild davon, welche Teile der Verteilungsanlage B geladen und welche
spannungslos sind. Der Nutzen dieser dauernden Übersicht über den Spannungszustand
der Verteilungsanlage ist besonders bedeutsam für jene Fälle, in denen eine neue
Stromquelle zu den bereits arbeitenden Stromquellen hinzugeschaltet werden muß,
weil hierfür unter Umständen besondere Handlungen, beispielsweise das Parallelschatten
von Wechselstromgeneratoren, erforderlich sind.
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Stehen beispielsweise der zweite und dritte "Zweig der Verteilungsanlage
B mit den Schaltstellen II und III und die SammelschieneTin derSchaltstelleIV unterSpannung,
während der Zweig der Schaltstelle I noch spannungslos ist, wobei die Schalter St,
S2, S, geöffnet sind, so sind an der Spannungstafel D die Wechselmarken g, s2, 1,
s8 dunkel, alle übrigen dagegen sind erleuchtet. Der Beobachter der Spannungstafel
D erkennt daraus, daß beim Zuschalten des Generators G der Schaltstelle I Vorsicht
geboten ist, wenn beispielsweise in einer Wechselstromanlage Parallelschaltung stattfinden
muß. Die Parallelschaltung möge in der Schaltstelle I mittels des Schalters S2 vorzunehmen
sein. Der Wärter der SchaltungstafelA in der Überwachungstelle C gibt an die Schaltstelle
IV der Sammelschiene T Anweisung, den Schalter S" einzulegen, und stellt an der
Schaltungstafel A den Handgriff s"' in den Leitungszug. Dadurch wird das Schaltmesser
S"' eingeschaltet, die mit ihm verbundene Lampe in der Markes, an der Spannungstafel
D leuchtet auf, zugleich erhellt sich auch die Marke 1 der Leitungstrecke L. Nun
kann dem Wärter der Schaltstelle I der Auftrag gegeben werden, seinen Generator
auf die Anlage zu schalten. Nach der telephonischen Meldung, daß der Generator G
erregt ist, stellt der Wärter der Schaltungstafel A den Schalter s' in den Leitungszug,
wobei die Generatormarke g an der Spannungstafel D aufleuchtet. Ist der Generator
G der Schaltstelle I durch Schließen des Schalters SZ auf die Sammelschiene T mit
den übrigen Schaltstellen II, III parallel geschaltet, so wird dies dem Wärter der
Schaltungstafel A gemeldet. Er dreht dann den Handgriff s", schließt dadurch den
Schalter S", wodurch die Scheibe s2 an der Spannungstafel D erhellt wird. Nun sind
alle Marken der Spannungstafel D erhellt, zum Zeichen, daß die Verteilungsanlage
B in allen Teilen zusammengeschlossen und unter Spannung ist.
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Das eingangs angegebene Prinzip der Einrichtung soll am Beispiel der
Wechselmarke t itn einzelnen nachgewiesen werden. Die Sammelschiene T, zu der sie
gehört, sei durch den Schalter S3 an die Leitungstrecke L anzuschließen, während
die dem Schalter S3 entsprechenden Schalter in den Zweigen der Verteilungsanlage
mit den Schaltstellen II und III offen stehen und der Generator G der Schaltstelle
I erregt, der Schalter S, also geschlossen ist. An der Schaltungstafel A befindet
sich demnach der Schalter S' in der Schließstellung, an der Spannungstafel D ist
die Marke g erleuchtet.
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In diesem Falle ist S3 der Anschlußschalter. Das anzuschließende Ende
liegt an der Sammelschiene T, das Anschlußende an der Leitungstrecke L. Der Schalter
S2 ist Ladungschalter für das Anschlußende. Die Wechselmarke t an der Spannungstafel
D ist darum durch die Glühlampenleitung p und das Leitungstück
T' an der Schaltungstafel A in Schaltungsverbindung gebracht mit dem
Schalter S', der konform mit dem Schalter S3 bewegt wird. Die Wirksamkeit
dieser Schaltungsverbindung ist von der Stellung des Ladungschalters SZ abhängig
gemacht, indem sie abhängig gemacht ist von der Stellung des Schalters S" an der
Schaltungstafel A, der konform mit dem Schalter S2 der Verteilungsanlage
B bewegt wird. Der Schalter S"' kann nämlich keinesfalls die Spannung
zu dem Leitungstück T' und zur Glühlampe der Wechselmarke t weiterleiten, wenn nicht
der Schalter S" geschlossen ist, entsprechend dem Geschlossensein des Schalters
S2 in der Verteilungsanlage B.
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Es läßt sich leicht nachweisen, daß dieses Prinzip für alle möglichen
Trennstellen des Leitungsnetzes der Verteilungsanlage B gilt. Die Arbeitswicklungen
der Generatoren in den Schaltstellen I, 1I, III scheiden dabei im allgemeinen als
anzuschließende Enden aus, sie kommen im allgemeinen nur als Anschlußenden in Betracht.
Das Prinzip gilt aber auch für sie in dem Falle, daß ein Generator von der Verteilungsanlage
B aus, etwa zu Prüfzwecken, unter Spannung gesetzt werden soll.
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Die Spannungstafel D kann für selbsttätige Rückmeldung der Änderungen
des Spannungszustandes der Verteilungsanlage B eingerichtet werden. Man kann zu
diesem Zwecke die Wechselmarken paarig ausführen und ein
Glied des
Paares in der beschriebenen Weise von der Schaltungstafel .A aus von Hand betätigen
und das andere Glied zwangläufig von dem entsprechenden Teil der Verteilungsanlage
B betätigen lassen.
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Eine solche Rückmeldeeinrichtung ist auf der Zeichnung für einen Teil
der Gesamtanlage angedeutet. Zwei Schalter U., UZ der Schaltstelle II mit dem Generator
V sind mit Schaltern U', U" durch Stangen gekuppelt. Diese Schalter liegen
in einem Stromzweig des Generators E. Von seiner nicht geerdeten Klemme führt eine
Fernleitung x zu den Schaltern U', U", von den Schaltern führt je eine Fernleitung
y bzw. z zum einen Pol einer mit dem anderen Pol geerdeten Lampe der
Wechselmarke u2 des Schalters UZ bzw. der Wechselmarke v des Generators V.
Die geerdeten Pole dieser Lampen stehen, wie die geerdeten Pole aller übrigen Lampen
der Spannungstafel D, mit der geerdeten Klemme des Generators E in Verbindung. Jede
der Wechselmarken u2 und v enthält aber noch eine zweite Lampe, die von der Schaltungstafel
A aus in der früher beschriebenen Weise geschaltet wird. Die Lampen sind von verschiedener
Farbe, beispielsweise sind die zwangläufig geschalteten Lampen grün, die von Hand
geschalteten Lampen rot, so daß die im Tageslicht weißen durchscheinenden Flächen
der Wechselmarken weiß erscheinen, wenn sie von beiden Lampen mit ihren komplementären
Farben beleuchtet werden.
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Die Wirkungsweise dieser vervollkommneten Einrichtung.möge an einem
Beispiel erläutert werden. Der Wärter der Schaltungstafel A in der Überwachungstation
C gibt nach der Schaltstelle II der Verteilungsanlage B telephonisch die Anweisung,
den Generator V auf Spannung zu bringen. Er stellt den Schalter ü an der
Schaltungstafel A in den Leitungszug. Dabei erscheint die Generatormarke
v der Spannungstafel rot. Wird die Anweisung durch Schließung des Schalters U, in
der Schaltstelle II ausgeführt, so wird durch den Schalter U' selbsttätig auch die
grüne Lampe in der Wechselmarke v eingeschaltet und die Marke erscheint infolge
der Komplementärwirkung der roten und grünen Farbe weiß, zum Zeichen, daß die Anweisung
ausgeführt worden ist.
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Überhaupt macht es diese Einrichtung möglich, jederzeit festzustellen,
ob die Schaltungstafel A der Überwachungstelle C sich in Übereinstimmung mit dem
tatsächlichen Schaltungszustand der Verteilungsanlage B befindet.
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Die Bedienung der Spannungstafel D von Hand durch Vermittlung der
Schaltungstafel A ist für die Ausführung der Erfindung nicht erforderlich. Man kann
die Schalter S', S", S"' usw. durch Fernsteuerung bekannter Art zwangläufig mit
den Schaltern S,., S2, S$ usw. verbinden.
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Auch ist man nicht auf Lampen als Mittel zur Veränderung der Erscheinung
der Wechselmarken g, s2, l usw. angewiesen. Man kann vielmehr auch mechanische Mittel,
beispielsweise umklappbare Scheiben und Streifen o. dgl. als Wechselmarken verwenden.
Auch solche Wechselmarken werden am besten elektrisch durch Elektromagnete gesteuert.
Die Erregerwicklungen dieser Elektromagnete treten dann an die Stelle der Glühlampen.
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Es ist am Anfang der Beschreibung gesagt worden, daß die Erfindung
auch in Anlagen zur Verteilung von Wasser, Druckluft, Gas o. dgl. verwendet werden
kann. Zur Erläuterung sei zunächst daran erinnert, daß den Stromquellen (Generatoren,
Sammlerbatterien) einer elektrischen Verteilungsanlage die Druckquellen (Pumpen,
Kompressoren, Druckbehälter, Hochreservoire) einer Anlage zur Verteilung von Wasser,
Druckluft, Gas o. dgl. entsprechen, den Trennschaltern und Leitungstrecken dort,
hier Trennventile (als Absperrschieber oder Hähne) und Rohrstränge. In Weiterverfolgung
dieser Analogie kann man zur Kennzeichnung des Vorganges und der Bedingungen der
Druckfortleitung ein Trennventil, das die Leitung an einer Stelle sperren kann,
als »Anschlußventil«, die dort zusammenstoßenden Rohrstränge als »Anschlußende«
(das der Druckquelle näher liegt) und als »anzuschließendes Ende« (das der Druckquelle
ferner liegt) bezeichnen, und das Trennventil, das auf der Seite der Druckquelle
vor dem Anschlußende liegt, »Druckzulaßventil« (um nicht zu sagen Ladungsventil)
für das Anschlußende nennen.
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Darnach ist das Prinzip der neuen Überwachungseinrichtung in Anwendung
auf eine solche Anlage folgendermaßen zu formulieren: Die Wechselmarke eines anzuschließenden
Endes wird konform mit dem Anschlußventil verstellt, und die Wirksamkeit der dafür
angewendeten Verbindung zwischen der Wechselmarke und dem Anschlußventil wird von
der Stellung des Druckzulaßventils des Anschlußendes abhängig gemacht, in der Weise,
daß die Verbindung unwirksam ist, wenn das Druckzulaßventil geschlossen ist.