DE976215C - Elektrische Anlage mit Hilfseinrichtungen fuer mehrere Verbraucher wie Schuetzen u. dgl. - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. MAI 1963

S 15280 VIIIb I'21®

wie Schützen u. dgl.

(Ges. v. 15.7.1951)

In elektrischen Anlagen mit Schützensteuerung, insbesondere in Industrieanlagen mit zahlreichen Motoren, für Einzelantrieb, werden die Schütze vielfach über einen Momentkontaktgeber gesteuert. Die Schütze halten sich selbst durch einen Selbsthaltestromkreis, solange dieser nicht stromlos wird. Bei kurzzeitigem Spannungsrückgang unter eine festgelegte Grenze, der in rauhen Betrieben wie z. B. Zechenanlagen häufig vorkommen kann, würden sämtliche so geschalteten Schütze abfallen und nach Wiederkehr der Spannung von Hand neu eingeschaltet werden müssen. Vor allem bei Anlagen, deren Anlauf eine bestimmte Schaltfolge der einzelnen Verbraucher erfordert, würde dies sehr nachteilig sein, da der Wiederanlauf zeitraubend ist.

Es besteht daher das Bedürfnis, daß sich kurzzeitige Spannungsabsenkungen bis zu etwa 1 Sekunde Dauer nicht auf die Anlage auswirken. Dies könnte man z. B. dadurch erreichen, daß an Stelle der Momentkontaktgeber Dauerkontaktgeber verwendet werden. Spannungsausfälle oder -absenkun-

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gen mit einer Zeitdauer von ι Sekunde würden dann an sich die Aufrechterhaltung des Betriebes der Anlage nicht gefährden, weil die Mehrzahl der Maschinen in ι Sekunde noch nicht zum Stillstand kommt. Die Anlage befindet sich also bei wiederkehrender Spannung praktisch noch in Betrieb. Die Dauerkontaktgabe hat jedoch den Nachteil, daß sämtliche Motoren auch bei längerem Fortbleiben der Spannung noch eingeschaltet sind und dann, ίο bereits stillstehend, auf einmal der wiederkehrenden Spannung ausgesetzt sind. Das Netz wird diese Belastung meist nicht tragen können. Ferner bedeutet das unerwartete Anlaufen der Motoren eine Gefahr für das Bedienungspersonal, zudem bringt diese Art des Anlaufens bei Anlagen, deren Verbraucher in einer bestimmten Reihenfolge eingeschaltet werden müssen, weitere Gefahren für Menschen und Material. Aus diesem Grunde kann die Dauerkontaktgabe nur in Sonderfällen, beispielsweise bei Leuchtwartenschaltungen, gelegentlich angewendet werden. Auch bei anderen Hilfseinrichtungen außer Schützen ist es oft erwünscht, bei kurzzeitigem Absinken oder Wegbleiben der Netzspannung wenigstens die Hilfseinrichtungen weiter in Betrieb zu halten.

Die Erfindung löst die eingangs angegebene Aufgabe für elektrische Anlagen mit Hilfseinrichtungen für mehrere Verbraucher wie Schützen u. dgl. dadurch, daß mindestens ein selbsterregter Hilfsstromerzeuger zur Speisung der Hilfseinrichtungen mehrerer Verbraucher vorgesehen ist, der im ungestörten Betrieb der Anlage als Motor leer läuft und bei Spannungsausfall im Auslauf die Speisespannung aller Hilfseinrichtungen für die in einem gemeinsamen Zeitrelais eingestellte Zeit vorübergehend aufrechterhält.

Der Hilfsstromerzeuger ist hierzu mit genügend hohem Trägheitsmoment auszuführen oder mit einer geeigneten Schwungmasse zu verbinden, damit er die gewünschte lange Auslaufzeit von etwa ι bis 2 Sekunden erreicht. Schwungradgeneratoren zur NetzTeistungslieierung und Pufferung von Belastungsstößen sind an sich bekannt. Das sind aber große Maschinen, die die Leistungszufuhr zu den Motoren aufrechterhalten sollen, wogegen der für die Zwedce der Erfindung bestimmte Hilfsstromerzeuger nur das Ansprechen der Schütze und etwa noch den vorzeitigen Ausfall bestimmter Hilfsantriebe verschiedener Verbraucher, nicht aber das Stromloswerden der einzelnen Verbraucher, z. B. der Hauptmotoren, verhindern soll.

Man hat auch schon die Gleichstromerregermaschine eines Synchronmotors zur Speisung der Wicklung des Motorschützes mit verwendet. Dabei wurde die Gleichstromerregermaschine von einem an das Hauptnetz angeschlossenen Asynchronmotor angetrieben. Bei Ausfall des Hauptnetzes speiste die Gleichstromerregermaschine kurzzeitig bis zum Auslauf des Aggregates Asynchronmotor—Erregermaschine die Erregerwicklung des Synchronmotors und die Wicklung des Hauptschützes weiter. Die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen anderer etwa in dieser Anlage vorgesehener Verbraucher, vor allem solcher, bei denen keine Gleichstromerregermaschine vorgesehen war, wurde hierdurch jedoch nicht sichergestellt. Die Aufrechterhaltung des Betriebes erstreckte sich also nur auf den speziellen Synchronmotor, für den die Gleichstromerregermaschine vorgesehen war. Demgegenüber wird bei der neuen Anlage an allen Hilfseinrichtungen kurzzeitig die Spannung aufrechterhalten. Ferner ist es bekannt, Umformer zur Aufrechterhaltung der Speisespannung bei Ausfall der für den Normalbetrieb vorgesehenen Wechselstromerzeuger vorzusehen, die im Normalbetrieb am Wechselstromnetz angeschlossen sind und als Motoren mitlaufen und die bei Ausfall oder Absinken der Speisespannung unter einen vorgegebenen Wert an ein Gleichstromhilfsnetz angeschlossen werden, um dann die Speisespannung der eigentliehen Verbraucher zu übernehmen. Für diese Umformer sind besondere Erregungseinrichtungen notwendig. Im übrigen sind sie nicht so gebaut, daß sie ihre Antriebsenergie längere Zeit, also etwa ι bis 2 Sekunden, aus der beim Motorbetrieb aufgenommenen kinetischen Energie entnehmen können. Demgegenüber erfordert die neue Einrichtung keine besonderen Hilfsstromquellen noch besondere aufwendige Erregungsanordnungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Schaltbild dargestellt. Die Anlage enthält ein Hauptnetz R-S-T, an das verschiedene durch Schütze gesteuerte Maschinen JM₁ und m₂ angeschlossen sind. Zum Betätigen der Schütze dienen Einschaltdruckknöpfe e₁ und e₂, zu denen die Selbsthaltekontakte Zi₁ und h₂ der Schütze parallel geschaltet sind, und Ausschaltdruckknöpfe G₁ und (Z₂. Sämtliche Schützspulen ^₁ und S₂ der im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrphasig angeschlossenen Schütze liegen mit einer Phase an einem Hilf snetz R'-S'-T^r und werden im übrigen im ungestörten Betrieb, wie das Schaltbild zeigt, vom H'auptnetz R-S-T. gespeist. An dieses ist über ein besonderes Schütz s eine Asynchronmaschine g mit Schwungrad t angeschlossen, die zur Speisung des Hilfsnetzes R'-S'-T' bestimmt ist.

Bleibt die Spannung im Hauptnetz R-S-T aus, so fällt das durch ein Spannungsrückgangsrelais r gesteuerte Sonder schütz j ab, und die nunmehr als Generator arbeitende Asynchronmaschine g gibt ihre Spannung über ein Hilfsschütz hs an die Schützspulen ^₁ und J₂ ab. Nach Ablauf von 1 bis 2 Sekunden spricht ein den Stromkreis des Hilfsschützes hs unterbrechendes Zeitrelais ζ an. Nach dem öffnen des Hilfsschützes hs fallen sämtliche übrigen Schütze ab. Kommt die Hauptnetzspannung vorher, also z. B. innerhalb von einer Sekunde, wieder, so schaltet sich das Sonderschütz.? wieder selbsttätig ein, und die Schütze der Maschinen M₁ und W₂ bleiben angezogen, so daß die vorübergehend vom Hilfsstromerzeuger gespeisten Einrichtungen selbsttätig wieder mit dem Hauptnetz R-S-T verbunden werden, d. h. eine Betriebsunterbrechung wurde vermieden.

Das Sonderschütz ί muß früher abfallen als samtliehe übrigen Schütze der Anlage. Deshalb'muß

ihm das erwähnte Spannungsrückgangsrelais r vorgeschaltet werden, das auf einen geeigneten Spannungswert einstellbar ist.

Das im Schaltbild dargestellte Ausführungsbeispiel sieht einen Asynchrongenerator vor, dem Kondensatoren c parallel geschaltet sind. Deren Kapazität ist so· groß zu wählen, daß sie die Selbsterregung der Asynchronmaschine als Generator sicherstellt und außerdem den Blindstrom der

ίο Schützenspulen kompensiert. Als Hilfsstromerzeuger kann jedoch auch eine gewöhnliche Synchronmaschine mit gekuppelter Gleichstromerregermaschine dienen. Diese Ausführung ist allerdings verhältnismäßig empfindlich und muß überwacht werden, da sie Schleifringe, einen Stromwender sowie einen Nebenschlußregler enthält. Einfacher ist es, eine Synchronmaschine mit Dauermagnetläufer zu verwenden.

Die Antriebsenergie des Hilfsstromerzeugers wird während der spannungslosen Pause in allen Fällen einem auf das Generatorwellenende aufgebrachten Schwungrad t entnommen. Eine Drehzahlabsenkung und damit ein Frequenzrückgang um 10% können als zulässig angesehen werden.

as Beim Einschalten der Anlage nach längerer Pause werden die Schützspulen oder sonstigen Hilfseinrichtungen zunächst vom Hauptnetz ohne Benutzung des Hilfsstromerzeugers gespeist. Dieser hat also nur diejenige Leistung aufzubringen, welche die Schütze in angezogenem Zustande — oder die sonstigen Hilfseinrichtungen, wie Hilfsmotoren im Betrieb —■ benötigen, und kann daher verhältnismäßig klein ·—· etwa für ein Viertel der beim Einschalten der Schütze erforderlichen Leistung — ausgelegt werden. Bei beispielsweise 100 Motoren in einer geschlossenen Anlage, etwa einer Kohlenaufbereitungsanlage, haben sämtliche Schützspulen zusammen einen Leistungsbedarf von rund 15 kVA und 10 kW im offenen, dagegen nur etwa 3,5 kVA und 1,5 kW im angezogenen Zustande der Schütze.

Sofern es nicht überhaupt möglich ist, mit Einphasengeneratoren als Hilfsstromerzeuger zu arbeiten, muß für einigermaßen gleiche Belastung der Phasen und für Blindstromkompensierung gesorgt werden, z. B. durch Einbau von Widerständen zu, Drosselspulen d und Kondensatoren k, die ebenfalls die Selbsterregung der Asynchronmaschine g sicherstellen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektrische Anlage mit Hilfseinrichtungen für mehrere Verbraucher wie Schützen u. dgl., deren Betriebszustand bei kurzdauerndem Spannungsausfall aufrechterhalten werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein selbsterregter Hilfsstromerzeuger zur Speisung der Hilfseinrichtungen mehrerer Verbraucher vorgesehen ist, der im ungestörten Betrieb der Anlage als Motor leer läuft und bei Spannungsausfall im Auslauf die Speisespannung aller Hilfseinrichtungen für die in einem gemeinsamen Zeitrelais eingestellte Zeit vorübergehend aufrechterhält.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hilfsstromerzeuger zu speisenden Einrichtungen während des Spannungsausfalles mindestens einphasig bzw. einpolig vom Hauptnetz getrennt und nur mit dem Hilfsstromerzeuger verbunden sind.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wiederkehr der betriebsmäßigen Spannung die vorübergehend vom Hilfsstromerzeuger gespeisten Einrichtungen selbsttätig wieder mit dem Hauptnetz verbunden werden.
4. 4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei länger dauerndem Spannungsausfall die vorübergehend vom Hilfsstromerzeuger gespeisten Einrichtungen selbsttätig auch vom Hilfsstromerzeuger getrennt werden.
5. 5. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromerzeuger (g) über ein Sonderschütz (s) mit dem Hauptnetz (R-S-T) verbunden und mindestens eine Phase oder Zuleitung der vorübergehend vom Hilfsstromerzeuger zu speisenden Einrichtungen (s_v S₂) zwischen diesem und dem Sonderschütz (s) angeschlossen ist.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsrückgangsschalter zur Abtrennung des Hilfsstromerzeugers (g) und der durch ihn zu speisenden Schütze (s_v S₂) vom Hauptnetz (R-S-T) ein Sonderschütz (s) mit Spannungsrückgangsrelais (r) dient, das so eingestellt ist, daß das Sonderschütz (s) früher abfällt als die übrigen Schütze (s_v S₂) der Anlage.
7. 7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfsstromerzeuger (g) und den von ihm zu speisenden Einrichtungen (s_v S₂) ein Zeitschalter, z. B. ein Hilfsschütz (hs) mit Zeitrelais (z), liegt, das nach Ablauf des bei Spannungsausfall zu überbrükkenden Zeitraumes, z. B. nach 1 bis 2 Sekunden, die Schaltstelle öffnet.
8. 8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstromerzeuger (g) eine Asynchronmaschine mit Schwungrad (t) dient, deren Selbsterregung zweckmäßig durch parallel geschaltete Kondensatoren (k) sichergestellt wird.
9. 9. Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlastung des Hilfsstromerzeugers (g) an die Zuleitungen der von ihm zu speisenden Einrichtungen (^₁, S₂) deren Blindlastbedarf ganz oder teilweise deckende Kondensatoren (c) angeschlossen sind.
10. 10. Anlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindungsleitungen zwischen dem Hilfsstromerzeuger (g) und den von ihm zu speisenden Einrichtungen die Belastung seiner Phasen vergleichmäßigende

    Wirk- oder Blindwiderstände (ze/, k, d) angeschlossen sind.

    ii. Anlage nach Anspruch ι bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Schützenspulen oder sonstige Hilfseinrichtungen beim Einschalten der Anlage zunächst vom Hauptnetz ohne Benutzung des HilfsStromerzeugers (g) gespeist werden, der nur für den Leistungsbedarf der Schützenspulen u. dgl. bei angezogenem Zustand der Schütze oder der sonstigen Hilfseinrichtungen im Betrieb bemessen ist.

    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 721448, 550643,

    472 436; »Motortechnische Zeitschrift«, 1942, Heft 1,

    S. 14 und

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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