Vorrichtung zur Anzeige der Überlastung einer elektrischen Anlage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige der Überlastung einer elektrischen Anlage, mit einem Überstromauslöser, welchem mittels eines Stromwandlers ein dem von der Anlage verbrauchten Strom proportionaler Sekundärstrom zugeführt wird, und mit einem Synchronmotor, der beim Ansprechen des Über- stromauslösers einen Wähler über ein Getriebe weiterschaltet, wodurch die Ansprechschwelle der Vorrichtung erhöht wird.
Bei den meisten elektrischen Anlagen hängt der Preis je elektrische Energieeinheit (kWh) von der Verbrauchsleistung der Anlage ab. Im allgemeinen setzen sich die angewendeten Tarife aus einem von der Vrebrauchsleistung abhängenden festen Glied und einem von der bezogenen Energie abhängenden veränderlichen Glied zusammen.
Die verbrauchte Energie wird mit Zählern gemessen, während die Leistung pauschalartig festgesetzt ist.
Dieser Pauschalwert wird im allgemeinen auf Grund der Leistung der angeschalteten elektrischen Apparate, der Zahl der Zimner usw. bestimmt.
Damit der Verbraucher die ihm vertragsmässig zur Verfügung stehende Leistung nicht überschreitet, setzt der Energielieferant vor der Anlage des Verbrauchers eine Vorrichtung ein, welche die Anlage vom Netz trennt, sobald die verbrauchte Leistung den Vertragswert überschreitet. Dabei wird die Anlage schlagartig ausser Betrieb gesetzt, was sich wirtschaftlich ungünstig auswirkt und bei einem öffentlichen Dienst kaum zulässig ist.
Eine bekannte Vorrichtung zur Anzeige der Überla- stung einer elektrischen Anlage besteht im wesentlichen aus einem Überstromauslöser, welchem mittels eines Stromwandlers ein dem von der Anlage verbrauchten Strom proportionaler Sekundärstrom zugeführt wird, und aus einem Synchronmotor, der beim Ansprechen des Überstromauslösers einen Wähler über ein Getriebe weiterschaltet, wodurch die Ansprechschwelle der Vorrichtung erhöht wird.
Bei dieser bekannten Vorrichtung ist der Stromwandler an zwei gegensinnig gewickelte, parallel geschaltete Wicklungen eines Relais angeschlossen, und der einen Wicklung ist der Überstromauslöser in Reihe geschaltet. Nachteilig ist die erforderliche aufwendige Justierung der Ansprechschwelle des Überstromauslö- sers.
Die Nachteile der bekannten Vorrichtung werden erfindungsgemäss dadurch behoben. dass der Wähler in Reihe mit mindestens einem Lastwiderstand derart an den Stromwandler angeschlossen ist, dass dessen Belastung von der eingeschaltten Stufe des Wählers abhängig ist.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Variante der Vorrichtung gemäss der Erfindung,
Fig. la eine schematische Darstellung der Magnetisierungskennlinie des in der Fig. 1 gezeigten Stromwandlers,
Fig. 2 eine zweite Variante der Vorrichtung gemäss der Erfindung,
Fig. 3 eine dritte Variante der Vorrichtung gemäss der Erfindung,
Fig. 4 die Schaltung der Vorrichtung gemäss der Fig. 1 bei einem Dreiphasenversorgungsnetz,
Fig. 6 die Schaltung der Vorrichtung gemäss der Fig. 3, zur Überwachung der Summe der Ströme in einem Dreiphasenversorgungsnetz und
Fig. 7 die Schaltung der Vorrichtung gemäss der Fig. 3, zur gesonderten Überwachung der Ströme in einem Dreiphasenversorgungsnetz.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Wechselspannungsnetz einer elektrischen Anlage bezeichnet. I bedeutet den von der Anlage verbrauchten Strom. Ein Stromwand ler T1 besitzt eine Primärwicklung 2 und Sekundärwicklungen 3 und 4. Die Vorrichtung weist eine aus der Sekundärwicklung 4, einem Widerstand 5 und ei nem Wähler 6 bestehende Empfindlichkeitsstufenschaltung auf. Eine Detektorschaltung besteht aus der Sekundärwicklung 3 und einem mit einer Heizwicklung 7 versehenen Bimetallauslöser 8.
Zur Betätigung des Wählers 6 enthält die Vorrichtung einen über einen Kontakt 10 vom Netz 1 gespeisten Motor 9. Der Kontakt 10 wird durch ein elektromagnetisches Relais 11 betätigt, das mit dem Bimetallauslöser 8 in Reihe geschaltet ist.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Normale Arbeitsweise:
Die Grösse des in die Sekundärwicklung 3 durch den Strom I induzierten Stromes reicht nicht aus, um durch die Heizwicklung 7 eine genügende Erwärmung des Bimetallauslösers 8 zu bewirken. Das Relais 11 ist angezogen und der Motor 9 steht still.
Arbeitsweise bei Überlast:
Wenn der durch die Primärwicklung 2 des Stromwandlers T1 fliessende Strom I einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, reicht der in der Sekundärwicklung 3 induzierte Strom aus, um eine solche Erwärmung der Heizwicklung 7 zu bewirken, dass der Bimetallauslöser 8 öffnet und die Speisung des Relais 11 unterbrochen wird. Dadurch schliesst der Kontakt 10, der Motor 9 läuft an und betätigt eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung zur Anzeige der Dauer der Überlastung und über ein Getriebe mit einer Nockenscheibe den Wähler 8. Nach einer durch die Stellung der Nocken bestimmten Dauer der Überla- stung geht der Wähler 6 einen Schritt vorwärts, z. B.
von der Stelle a auf die Stelle b. Dadurch wird selbsttätig eine neue Ansprechempfindlichkeit eingestellt, da infolge der Vorwärtsbewegung des Wählers 6 das Verhältnis der Windungszahlen zwischen den Sekundärwicklungen 3 und 4 verändert und die in der Wicklung 3 induzierte Spannung vermindert wird. Der Strom I muss jetzt einen höheren Wert erreichen, um das Öffnen des Bimetallauslösers 8 zu bewirken.
Überschreitet der Strom I diesen neuen Schwellenwert nicht, so reicht der durch die Heizwicklung 7 fliessende Strom nicht aus, um den Bimetallauslöser 8 offen zu halten. In diesem Fall zieht das Relais 11 wieder an und der Motor 9 steht still.
Ist jedoch der Strom I grösser als der Schwellenwert, so dreht der Motor 9 weiter und schaltet den Kontakt 6 nach einem bestimmten Zeitablauf nochmals einen Schritt weiter.
Der Stromwandler T1 ist so bemessen, dass bei einem unterhalb des Schwellenwertes liegenden Strom I die Erregungsamperewindungen, d. h. die Differenz zwischen den Primär- und den Sekundäramperewindungen, eine Induktion Bt erzeugen, die kleiner ist als die Sättigungsinduktion. Dieser Arbeitspunkt ist in der Fig. la mit A bezeichnet. Dabei bedeutet N die Windungszahl der Primärwicklung 2 und N' die Windungszahl der Sekundärwicklung 3.
Erreicht der Strom I den Schwellenwert, so wird die Induktion gleich B2 (Arbeitspunkt B), was im wesentlichen der Sättigungsinduktion entspricht. Der Bimetall auslöser 8 spricht an. Höhere Lasten erzeugen nur sehr geringere Induktionsänderungen, so dass die dem Bimetallauslöser gelieferte Heizleistung nahezu konstant bleibt, sobald der Schwellenwert überschritten wird. Das bedeutet, dass die Ansprechzeit nahezu unabhängig ist vom Mass der Überlastung. Bei einem Stufenwechsel werden die in der Wicklung 4 erzeugten Amperewindungen verändert, so dass die Induktion B2 erst bei einem grösseren Wert des Stromes I erreicht wird.
Der Stromwandler T2 in der Fig. 2 besitzt nur eine einzige Sekundärwicklung 12. Diese Wicklung speist eines aus Widerständen 13 bis 16 und dem Wähler 6 bestehende Empfindlichkeitsstufenschaltung. Mit dem Wähler 6 kann einer der Widerstände 13 bis 16 paralell zur Wicklung 12 geschaltet werden. Die Heizwicklung 7 wird über einen nichtlinearen Widerstand 17 von der Wicklung 12 gespeist. Sie wirkt auf den Bimetallauslöser 8. Ein nichtlinearer Widerstand 18 kann parallel zur Heizwicklung 7 geschaltet sein. Der Motor 9, der Kontakt 10 und das Relais 11 sind wie in der Fig. 1 geschaltet.
In der Heizwicklung 7 fliesst nur ein Teil des in der Wicklung 12 induzierten Stromes, der vom Wert des durch den Wähler 6 angeschlossenen Widerstandes abhängig ist. Die Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung ist somit wieder durch die Stellung des Wählers 6 gegeben.
Beim Widerstand 17 handelt es sich um einen strom abhängigen Widerstand, beispielsweise um einen sogenannten Eisenwasserstoff-Widerstand.
Das Element 18 ist derart gewählt, dass der die Heizwicklung 7 durchfliessende Strom unabhängig vom Mass der Überlastung ist. Es kann sich z. B. um einen Heissleiter oder um eine Zenerdiode handeln.
In der Fig. 3 speist ein Stromwandler T3 einen Brückengleichrichter 19, dessen Gleichspannung dem Strom I proportional ist. Diese Spannung ist einer Empfindlichkeitsstufenschaltung zugeführt, die aus dem Wähler 6 und Widerständen 20 bis 23 besteht, von denen jeweils einer dem Brückengleichrichter 19 parallel geschaltet ist, Die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters 19 ist ferner an einen Glättungskondensator C1 und an ein einem Kondensator C2 parallel geschaltetes Relais 24 gelegt. Der Verbindungspunkt 25 dieser beiden Elemente ist über einen Kontakt 27 des Relais 24 und einen demselben parallel geschalteten Widerstand 28 an der Ausgangsklemme 26 des Brückengleichrichters 19 angeschlossen.
Der Motor 9 wird über den Bimetallauslöser 8 durch das Netz gespeist. Der Bimetallauslöser 8 steht unter der Wirkung der Heizwicklung 7, welche je nach der Stellung eines Kontaktes 31 des Relais 24 über einen Widerstand 29 oder über einen Widerstand 30 an das Netz geschaltet ist.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Normale Arbeitsweise:
Die am Kondensator C2 entstehende Spannung reicht nicht aus, um das Relais 24 zu erregen. Die Ileizwicklung 7 wird über den Widerstand 29 durch das Netz gespeist. Der Bimetallauslöser 8 weist eine konstante Temperatur auf.
Arbeitsweise bei Überlast:
Wächst der Strom I an und überschreitet den Schwellenwert, so zieht das Relais 124 an. Der Kontakt öffnet und der Kontakt 31 schaltet um. Durch das Öffnen des Kontaktes 27 wird der Widerstand 28 dem Relais 24 und dem Kondensator C2 in Reihe geschaltet, so dass die Spannung am Relais 24 verringert wird, aber immer noch ausreicht, um dieses Relais zu halten. Durch die Umschaltung des Kontaktes 31 wird der Heizwicklung 7 der Widerstand 30 nachgeschaltet, dessen Wert viel kleiner ist als der des Widerstandes 29. Die Heizleistung wird dadurch erhöht, und das Ansteigen der Temperatur bwirkt nach einer bestimmten Zeit das Schliessen des Bimetallauslösers 8. Der Motor
9 bewirkt dann die Betätigung des Wählers 6. Wenn die Überlastung eine bestimmte Dauer überschreitet, wird durch den Wähler 6 ein anderer Widerstand eingeschaltet.
Die am Brückengleichrichter 19 entstehende Spannung fällt dann ebenfalls ab. Reicht diese Spannung nicht mehr aus, um das Relais 24 zu halten, so bleibt der Wähler 6 wie in den oben beschriebenen Beispielen stehen.
Die Ansprechzeit der Vorrichtung gemäss der Fig. 3 ist unabhangig vom Mass der Überlastung und kann durch entsprechende Wahl der Widerstände 29 und 30 leicht eingestellt werden.
Die Fig. 4 zeigt, wie die Vorrichtung gemäss der Fig. 1 in einem Dreiphasennetz zur Überwachung des Stromes in jeder Phase eingesetzt werden kann. Für jede Phase ist ein einphasiger Stromwandler entsprechend dem Stromwandler T1 der Fig. 1 vorgesehen.
Diese Stromwandler der Phasen PH1, PH2 und PH3 sind mit T11, T12, T13 bezeichnet. Die Bimetallauslöser 81, 82 und 83 sind in Reihe geschaltet, so dass bereits bei der Überlastung einer Phase der Motor 9 zu laufen beginnt und der Wähler bei genügend langer Oberlastungsdauer weiterschaltet.
Anhand der Fig. 5 wird gezeigt, wie die Vorrichtung gemäss der Fig. 4 verändert werden kann, wenn die Summe der drei Phasenströme 11, I2 und I3 überwacht werden soll. Die Heizwicklungen 81, 82 und 83 wirken auf den gemeinsamen Bimetallauslöser 8, und der Motor 9 betätigt die nicht näher dargestellte Emp findlichkeitsstufenschaltung. Die Summe der drei Ströme I1, I2 und I3 muss einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, um das Anlaufen des Motors 9 zu bewirken.
Die Fig. 6 zeigt, wie die Variante der Fig. 3 einem Dreiphasennetz angepasst werden kann, um die Summe der Phasenströme zu überwachen. Die Gleichrichterbrücke 32 liefert eine der Summe der Ströme I1, I2 und I3 proportionale Spannung. Der Motor 9 läuft nur beim Überschreiten eines bestimmten Wertes der Summe dieser drei Ströme an.
In der Fig. 7 wird gezeigt, wie die Variante der Fig. 3 in einem Dreiphasennetz zur Überwachung des Stromes in jeder Phase eingesetzt werden kann. Für jede Phase ist eine Detektorschaltung gemäss der Fig. 3 vorgesehen. Das Relais der Phase PH1 ist mit 241, dasjenige der Phase PH2 mit 242 und dasjenige der Phase PH3 mit 243 bezeichnet. Jedes dieser Relais steuert einen ihm zugeordneten Umschalter 311, 312 oder 313. Es ist ersichtlich, dass nur einer der Phasenströme einen vorbestimmten Wert überschreiten muss, um das Auslösen des Bimetallauslösers 8 zu bewirken.