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Einrichtung zum Überwachen des Belastungszustandes einer elektrischen
Anlage mit positiv spannungsabhängigen Verbraucherwiderständen Gegenstand der Erfindung
ist eine Einrichtung zur Überwachung des Belastungszustandes elektrischer Anlagen
mit positiv spannungsabhängigen Verbraucherwiderständen, die dazu benutzt werden
kann, das Zu- und Abschalten von Maschinensätzen bei Eintreten einer Änderung der
Belastung zu veranlassen, also beispielsweise eine zweite Maschine zuzuschalten,
wenn die äußere Belastung die Leistungsgrenze der ersten bereits im Betrieb befindlichen
Maschine übersteigt. Sie könnte auch für die Zu- und Abschaltung von Gleichrichtern
Anwendung finden, von denen der eine die Grundlast liefert, während ein zweiter
Gleichrichter lediglich zur Deckung der Spitzenlast verwendet wird, also dann zuzuschalten
ist, wenn die Belastung die Grundlast übersteigt. Des weiteren könnte die Anordnung
gemäß der Erfindung dazu Verwendung finden, um einen Streckenspeiseabschnitt auf
Kurzschlußfreiheit zu prüfen, wobei vorausgesetzt ist, daß der Prüfstrom eine gewisse
Größe hat und angenommen wird, daß, wenn während des Prüfens erheblich größere Ströme
auftreten, ein Kurzschluß vorliegt.
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Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden. Zur Prüfung von Streckenspeiseabschnitten auf Kurzschlußfreiheit schaltet
man im allgemeinen vor Einschalten des Leistungsschalters in den Stromkreis einen
Prüfwiderstand. Der Prüfstrom kann auch bei Kurzschlußfreiheit eine gewisse Größe
erreichen, was darauf zurückzuführen ist, daß in dem zu prüfenden Streckenabschnitt
fast immer Beleuchtungsstromkreise, Heizkörper oder Kompressoren eingeschaltet sind.
Der Größenunterschied
des Stromes bei kurzschlußfreiem Netz und
bei Kurzschluß hängt also von dem augenblicklichen Betriebszustand des zu speisenden
Streckenabschnittes ab.
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Früher begnügte man sich damit, die Größe des Prüfstromes einfach
mit Hilfe eines Strommessers festzustellen: Nach Einführung selbsttätiger Wiedereinschaltvorrichtungen
benutzte man zunächst einfache Stromrelais, die ein Einschalten bei Überschreiten
eines gewissen Stromwertes verhinderten. Diese Mittel sind jedoch in vielen Fällen
unzureichend und berücksichtigen nicht den Umstand, daß die Sammelschienenspannung
insbesondere eines Bahnnetzes überaus stark schwankt. Um die Grenze zwischen Kurzschlußfreiheit
und einem tatsächlich vorhandenen Kürzschluß feststellen zu können, muß also berücksichtigt
werden, ob im Augenblick der Überprüfung die Sammelschienenspannun:g höher oder
geringer ist als die zugrunde gelegte Sollspannung.
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Man war bisher der Auffassung, daß die vorbezeichnete Forderung durch
das bekannte Waagebalkenrelais erfüllt werde: An Hand nachstehender Ausführungen
soll nun näher erläutert werden, daß dies nicht der Fall ist: Das bekannte Waagebalkenrelais
wird bekanntlich von zwei Spannungen beeinflußt, und zwar einmal unmittelbar von
der Sammelschienenspannung, zum anderen vorn Prüfstrom bzw. von der Spannung, die
hinter dem Prüfwiderstand auf dem Streckenspeiseabschnitt herrscht. Auf das Relais
lvirken Kräfte so aufeinander oder gegeneinander ein, daß ein Absinken der Sammelschienenspannung
ein verhältnisgleiches Absinken des bei Kurzschlußfreiheit und Kurzschluß vorhandenen
Stromunterschiedes bedingt.
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Die Größe des Prüfstromes wird u. a. aber auch durch Verbraucher bestimmt,
deren Widerstandswert _ sich mit der augenblicklich angelegten, Spannung ändert,
was die Kennlinien der Leuchtfäden von Glühlampen, Heizwiderständen, die Kennlinie
von Hauptstrommotoren o. dgl. beweisen. Unter Berücksichtigung dieses Umstandes
erkennt man, daß die Stromgrenze zwischen Kurzschluß und Kurzschlußfreiheit sich
nicht verhältnisgleich mit der Sammelschienenspannung ändert. Ein Absinken der Sammelschienenspannung
von beispielsweise io °/o braucht keinesfalls eine io°/öige Änderung des Prüfstromes
bei kurzschlußfreiem oder mit kurzschlußbelastetem Netz zur Folge zu haben.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung berücksichtigt die durch schwankende
Spannungen verursachten Stromänderungen von Verbrauchern, deren Widerstandswerte
sich mit der angelegten Spannung in positivem Sinne ändern, wie dies bei den meisten
Verbrauchern der Fall ist. Erfindungsgemäß ist ein von zwei Spannungen beeinflußtes
Relais vorgesehen, das unabhängig von den Schwankungen der Netzspannung nur dann
anspricht und das Kommando zu einer Zuschaltung eines Generators oder Sperrung der
Wiedereinschaltung gibt, wenn der durch die Belastung verursachte Spannungsabfall
an einem Nebenschlußwiderstand im überwachten Stromkreis um einen bestimmten gleichbleibenden
Betrag größer ist als eine beliebig gewählte Vergleichsspannung, die von einem Spannungsteiler,
der vom betreffenden Netz gespeist wird, abgegriffen wird.
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Der Erfindungsgegenstand soll an Hand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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Mit i ist der Leistungsschalter des Strekkenabschnitts bezeichnet.
Der Schaltcra dient zum Einschalten des Prüfstromkreises, in dem unter Vorschaltung
eines Nebenschlußwiderstandes 7 der Prüfwiderstand 3 angeordnet ist, der seinerseits
reit dem Streckenabschnitt q. in Verbindung steht. Parallel zu dem Prüfstromkreis
liegt der Spannungsteiler 5, an den ein empfindliches Spannungsrelais 6 angeschlossen
ist, das das Einschalten des Leistungsschalters i nur bei Kürzschlußfreiheit zuläßt.
Angenommen sei, daß das Einschalten des Leistungsschalters i nur dann möglich ist,
wenn das Relais nicht anspricht, d. h. also, wenn an dem Spannungsrelais eine Spannung
unter 5 mV auftritt und der Strom in der eingezeichneten Pfeilrichtung fließt. Bei
Sollspannung der Sammelschiene 8 möge der zulässige Prüfstrom am Nebenschlußwiderstand
7 einen Spannungsabfall von 30 mV verursachen.. Der im Parallelkreis vorgesehene
Spannungsteiler 5 möge dann so angezapft sein, daß bei Sollspannung zwischen der
Sammelschiene 8 und der Anzapfung g des Spannungsteilers 5 ein Spannungsabfall von
25 mV auftritt. An den Klemmen des Wiedereinschaltrelais 6 wird daher die
Differenz beider Spannungen, also 5 mV, liegen. Steigt der Prüfstrom, dann wird
dieser einen größeren Spannungsabfall als 30 mV verursachen, die Klemmenspannung
an dem Spannungsrelais wird daher entsprechend ansteigen, also das Relais ansprechen
und ein Wiedereinschalten des Leistungsschalters r dann unterbinden. Sinkt der Prüfstrom,
so fällt auch die Spannung am Nebenschlußwiderstand 7 und damit die Klemmenspannung
am Wiedereinschaltrelais 6 unter 5 mV. Jetzt wäre das Einschalten des Leistungsschalters
5 statthaft.
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Die Klemmenspannung von 5 niV ist somit ein Kriterium dafür, wann
der Leistungsschalter betätigt werden darf und wann nicht. Durch diese Spannung
wird daher auch gleichzeitig
die Stromgröße festgelegt, die ein
Maßstab dafür ist, ob es sich um einen Prüfstrom bei kurzschlußfreiem Netz handelt
oder ob im Streckenabschnitt ein Kurzschluß eingetreten ist. Angenommen, die Sammelschienenspannung
sinkt um zo°/o, dann fällt auch der Spannungsabfall zwischen Sammelschiene und dem
Anzapfungspunkt 9 des Spannungsteilers 5 um ro°/a, also nach dem angenommenen Beispiel
von 25 mV auf 22,5 mV. Das Spannungsrelais 6 wird aber nach wie vor nur dann ansprechen,
wenn die an ihm liegende Spannungsdifferenz größer als 5 mV ist, d. h. wenn der
Prüfstrom einen Spannungsabfall von mindestens 27,5 Volt oder mehr hervorruft. Bezogen
auf den Spannungsabfall im überwachten Kreis von 3o mV, bedeutet der Spannungsabfall
von 27,5 Volt nur ein Absinken des Prüfstromes von 9°/0, obwohl die Sammelschienenspannung
um ro°/o gefallen ist, was wünschenswert ist, da ja bei kleineren Spannungen auch
der Verbraucherwiderstand infolge seiner positiven Spannungsabhängigkeit kleiner
geworden ist.
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Durch wahlweises Einstellen des Spannungsabfalls zwischen Sammelschiene
und Punkt 9 des Spannungsteilers 5 und durch Festlegung des Ansprechwertes des Spannungsrelais
6 können sämtliche Kennlinien eines Streckenspeisebezirks mit positiv spannungsabhängigen
Widerständen nachgeahmt werden.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Einrichtung gemäß
der Erfindung gegenüber der bekannten Anordnung mit Waagebalkenrelais insofern zusätzlich
Vorteile aufweist, als mechanische Abhängigkeiten, die das Relais beeinflussen,
beim Erfindungsgegenstand nicht vorhanden sind. Bei der neuen Einrichtung werden
die elektrisch wirkenden Kräfte unmittelbar addiert oder subtrahiert, während bei
dem bekannten Relais die elektrischen Größen zunächst in magnetische und diese wiederum
in mechanische Größen umgesetzt werden, die sich dann erst addieren oder subtrahieren.