DE2551312B2 - Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen Versorgung mindestens eines Verbrauchers mit elektrischer Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen Versorgung mindestens eines Verbrauchers mit elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetz, das über ein Trennorgan mit dem Verbraucher und einem zu diesem parallel liegenden, einen Energiespeicher enthaltenden Energieaustauschcr verbunden ist, sowie mit einer Überwachungseinheit, die die Verbraucherspannung und den Verbraucherstrom mißt und den Energieaustauscher steuert.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 20 14 680 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Notstromversorgung, die als Energiespeicher einen Akkumulator oder als Wechselrichter arbeitende Schaltung verwendet. Zur Gewährleistung einer unterbrechungsfreien Energieversorgung des Verbrauchers dient eine IJbcrwachungscinheit, die neben der Verbraucherspannung und dem Verbraucherstrom auch die Frequenz, die Wirkstrom- und die Blindstromkomponente der dem Verbraucher zugeführten Energie mißt und übergeeignete Logikglieder das Trennorgan ab- bzw. anschaltet

Eine weitere Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers ist aus der DE-PS 9 57 494 bekannt. Hierbei ist der Verbraucher über einen Drehregler und einen Parallel-

IQ resonanzkreis sowohl mit dem Stromversorgungsnetz als auch mit einem motorisch angetriebenen Wechselrichter oder Generator ve-bunden, wobei die Umschaltung über ein Schaltschütz erfolgt Nachteilig ist hieran einerseits, daß der Parallelresonanzkreis während der Zeit des Umschaltens des Schaltschützes keine konstante Spannung zu liefern vermag und andererseits, daß nach dem Umschalten sowohl ein Amplitudensprung als auch ein Phasensprung in der Verbraucherspannung auftreten kann, was für bestimmte Verbraucher nicht zugelassen werden kann.

Eine weitere unterbrechungsfreie Stromversorgung wird mit der DE-PS 24 48 427 vorgeschlagen und vermeidet Amplituden- uVo. Phasensprünge in der Verbraucherspannung einerseits über einen dem Verbraucher vorgeschalteten Halbleitersp^nnungssteller, andererseits über eine Steuereinrichtung, die den Wechselrichter für die Notstromversorgung phasenrichtig auf den Verbraucher aufschaltet.
Bekannt sind weiterhin auch noch sog. Dauer-Ener-

JO gieanlagen (SEV-Bulletin, Jahrgang 1963, Heft 21, 1972), bei denen eine Energiequelle als Puffer zwischen dem Netz und dem Verbraucher liegt. Der große Nachteil dieser Dauer-Energieanlagen ist der geringe Wirkungsgrad, so daß die Kosten für die Energieversorgung

)5 komplizierter Verbraucher gewaltig ansteigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die sich durcv* einen besonders hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

■40 Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Energieaustauscher von der Überwachungseinheit steuerbare Schaltmittel enthält, und daß die Überwachungseinheit einen Sollspannungsgenerator und eine deren Spannung mit der Verbraucherspannung vergleichende Schaltung umfaßt und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis das Trennorgan steuert und den Energiespeicher über die .Schaltmittel an den Verbraucher an- oder abschaltet.

Ein Ausführungsbcispiel der Erfindung wird anhand

so der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I die gesamte Anlage in schcmatischcr Blockdarstcllung,

Fig. 2, i. 4a & 4b einzelne Bauelemente aus der Gesamtanlage der Fi g. I,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erklärung der Wirkungsweise der Anlage der Fig. I.

In der Fig. I ist am Energie-Versorgungsnetz 1 über Leitung 13 ein Trennelement 3 angeschlossen. Vom Trennelement 3 gehl die Leitung 36 zu den Verbrau-

M) ehern 6. Parallel hierzu sind über Leitungen 361 und 362 der Energieaustauscher 4 und die Ersatz-Energiequelle 2 angeschlossen. Während des normalen Betriebs wird die Energie über das Versorgungsnetz 1. die Leitung 13, das durchgeschaltete Trennelcmcnt 3, Leitung 36 zu den

bi Verbrauchern 6 gegeben. Die Ersatz-Energicquclic 2 ist von der Leitung 36 abgeschaltet. Die Energiequelle 2 kann entweder ein Dieselaggregat mit Generator oder statische Wechselrichter sein, welche von Akkiimulato-

ren bzw. Batterien gespeist werden. Selbstverständlich sind während des normalen Betriebs die Batterie bzw. Akkumulatoren aufgeladen. Der Energieaustauscher 4 ist während des normalen Betriebs über die Leitung 361 mit der Leitung 36 verbunden und nimmt entweder Energie auf aus dem Versorgungsnetz I, an der Leitung 36 was durch den einen Pfeil (Leitung 361) angedeutet ist, oder gibt Energie ab auf die Verbraucher 6, was durch den anderen Pfeil angedeutet ist. Es sei angenommen, daß der Energieaustauscher 4 genügend Energie aufgenommen hat und während des normalen Betriebs in Wartestellung ist. Wie bereits erwähnt, ist das Trennelement 3 durchgeschaket. Wenn nun Spannungsstörungen, die z. B. mehr als 10 bis 100 μ5εΰ Dauer auftreten, so werden diese über Leitung 56 festgestellt und der Überwachungseinheit 5 zugeleitet. Das gleiche geschieht mit Stromschwankungen, die in der gleichen zeitlichen Größenordnung liegen. Diese Stromschwankungen werden mit Hilfe des Strommeßgerätes 7 über 57 der Überwachungseinheit 5 zugeleitet. Die Überwachungseinheit stellt in ihrer Steuerlokig fest, ob diese Änderungen der Spannungen bzw. des Stroms einen oberen Schwellwert überschreitet oder nicht. Sollte dies der Fall sein, wird über Leitung 53 das Trennelement 3 angesteuert, welches die Verbindung zwischen dem Versorgungsnetz 1 und der Leitung 36 zu den Verbrauchern 6 trennt. Gleichzeitig wird über Leitung 54 der Energieaustauscher 4 angesteuert zur Aufgabe seiner Energie über die Leitung 361 und 36 zu den Verbrauchern 6. Diese Energieabgabe geschieht nur so lange, wie die Schwankungen der Spannung bzw. des Stroms über die Leitungen 56 und 57 erfaßt werden. Dies bedeutet, daß der Energieaustauscher 4 öfters nur in der Größenordnung von mehreren jlscc bis msec die Energieversorgung für die Verbraucher 6 übernimmt. J5 Im allgemeinen kann gesagt werden, daß bei kurzzeitigen Schwankungen bzw. kurzzeitigen Ausfällen des Versorgungsnetzes I die in F i g. I gezeigte Anlage ohne Ersatz-Energiequelle 2 funktioniert. Jedesmal, wenn der Energieaustauscher 4 die Energieversorgung übernimmt, trennt das Trennelement 3 das Energieversorgungsnetz 1 vom Verbraucher 6 ab, so daß der Energieaustauscher 4 keine Energie in das Versorgungsnetz 1 liefern kann. Der Energieaus'auscher 4 ist so konstruiert, daß er große Energiemengen über Leitung 361 empfangen kann und auch große Energiemengen in kurzer Zeit wieder abgeben kann über die gleiche Leitung 361. Der Energieaustauscher hat daher einen sehr kleinen Energieverbrauch in seiner Wartestellung, und die Verluste, die während seiner Energieabgabczeit V) entstehen, sind wegen der Kürze dieser Zeit vcrnachlääsigbar klein. Es sei nun angenommen, daß die Schwankungen der Spannung oder des Stroms während des normalen Betriebs von längerer Dauer, z. R. in der Größenordnung von einigen Perioden bzw. Sekunden ¹S") sind. Sobald die Schwankungen der Spannung bzw. des Stroms an der Ausgangsspannung der gesamten Anlage über die !,eilung 56 und 57 der Überwachunpseinhcit 5 miigeieilt worden sind, trennt das Trcnnclcmeni 3, wie bereits beschrieben, das Energie-Versorgungsnetz I wi vom Verbraucher 6 ab. Der Kncrgieaustauscher 4 liefert Energie auf die Verbraucher in der bereits genannten kurzen Zeil im Größcnbercich von einigen msec. Wie später noch im Zusammenhang mit der F-' i g. 3 näher erläutert wird, erfolgt innerhalb dieser kurzen Zeit ein *^r> Fragevorgang, ob die Slotting (Spannimgsschwankungcn oder .Stromschwankungen) des Versorgungsnetzes 1 behoben sind oder nicht, 'lies erfolgt über l.eitiini; "51.

welche der Überwachungseinheit 5 die Zustände beim Versorgungsnetz 1 laufend mitteilt. Sollten die Störungen nach einem ersten Fragevorgang nicht beheben sein, gibt der Energieaustauscher 4 weiterhin seine Energie an den Verbraucher 6. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß die Spannungsverhältnisse und Stromverhältnisse des Verbrauchers wegen des eingeschalteten Energieaustauschers 4 optimal sind. Die Überwachungseinheit 5 fragt über ihre Leitung 51 ständig die wirklichen Spannungsverhältnisse und Stromverhältnisse des Versorgungsnetzes 1 ab. Sollten sich diese Spannungsverhältnisse nach einer bestimmten Zeit, d. h. nach einer bestimmten Anzahl von Abfragevorgängen, nicht geändert haben, so bereitet die Überwachungseinheit 5 über ihre Leitung 52 die Ersatz-Energiequelle 2 vor, welche die Energieversorgung über die Leitung 362 und Leitung 36 der Verbraucher 6 übernimmt. Das Trennelement 3 trennt in diesem Fall selbstverständlich -.och immer die Leitung 3b, die zu den Verbrauchern b I" ihn, von der Leitung 13, die die Energie aus dem Versorgungsnetz 1 liefert. Wie später noch näher ausgeführt wird, ist durch die Anlage der Fig. 1 gewährleistet, daß die Verbraucher 6 m'i einer Energie versorgt werden, die optimale Spannungsverhältnisse oder optimale Stromverhältnisse aufweist. Zum Beispiel erhalten die Verbraucher sinusförmige Spannungen und Ströme, deren Verzerrungen immer in den gegebenen Toleranzen liegen. Wenn z. B. Verbraucher vorhanden sind, die nur mit trapezförmigen Spannungen bzw. Strömen richtig arbeiten können, dann wird durch die Überwachungseinheit 5 gewährleistet, daß solche Energieversorgung vorhanden ist. Selbstverständlich wäre in diesem Fall ein Versorgungsnetz 1 notwendig, welches diese trapezförmigen Spannungskurven bzw. Siromkurven liefert. Es soll hiermit nur angedeutet werden, daß die erfindungsgemäße Anlage der Fig. 1 sich jedem Versorgungsnetz 1 anpassen kann.

Die Fig. 2 zeigt den Energieaustauscher 4 in seinen Einzelheiten. Ein wesentlicher Bestandteil des Energieaustauschers 4 ist der Energiespeicher 41, der entweder aus einer größeren Anzahl von Kondensatoren. Induktivitäten oder schnellentladbaren Batterien bzw. Akkumulatoren bestehen kann. Die Wahl wird von der zu verarbeitenden Energiemenge, d. h. Leistung der gesamten Anlage, sowie von der notwendigen Zugriffszeit, welche später noch näher erläutert wird, bestimmt. Der Energiefluß über die Leitung 36, der entweder aus dem Versorgungsnetz 1 in Richtung Energieaustauscher 4 oder aus dem Energieaustauscher in Richtung Verbraucher 6 fließen kann, wird im Energieaustauscher 4 durch c'ie Energiekontrolle Abfuhr 42 bzw. Energiekontrolle Zufuhr 43 gesteuert. Die Übcrwachungseinheit 5 steuert über Leitung 54 diese beiden Encrgiekontrollen 42,43 und während des normalen Betriebs, wenn keine Schwankungen von Spannung und Strom über die Leitungen 56, 57. in der Überwachungseinheit 5 registriert werden, steuert diese Überwachungseinheit 5 über die I eitung 54 die FnergiekoMroIle Abfuhr 42, so daß der Energiespeicher 41 so lange aufgefüllt wi/d bis der Speicher voll ist. lös kann auch ohne weiteres der Fall eintreten, daß der Energiespeicher 41 nur zur Hälfte aufgefüllt werden soll. Dies richtet sieh nach dem Typ, der (iröße und der Organisation des F.ncrgiespeichers 41. Sobald Schwankungen der Spannung und des Stroms über die I .eitung 56,57 in der Überwachungseinheit 5 registriert worden sind, wird die Energiekoni ι olle Abfuhr 42 oiler die Energiekontrollc Zufuhr 4.3 geöffnet

und gleichzeitig eventuell das Trennelement 3 bctiitigt zum Trennen des Versorgungsnetzes 1 von den Verbrauchern 6. Diese Steuerschritte werden von der Überwachungseinheit 5 durchgeführt.

In der F i g. 3 ist die Überwachungseinheit 5 mit ihren wesentlichen Bauteilen gezeichnet. Wie bereits mehrmals erwähnt, werden über Leitungen 56 und 57 die Schwankungen der Spannung bzw. des Stroms für die Verbraucher 6 auf die Ausgangsspannungskontrolle 502 und auf die Ausgangsslromkontrolle 50.3 in der Überwachiingseinheit 5 übertragen. Die Ausgangsspanmingskontrollc 502 erhält als Bezugswert der Spannung ein Signal aus dem Sollspannungsgenerator 504. Dieser Sollspannungsgcncratoi· kann verschieden konstruiert sein. Er kann einmal so konstruiert sein wie der Funktionsgenerator 55, 56 des deutschen Bundespaten· tes 20 25 74J. Fig. 2. Dort wird eine Sinusform aus

wi turnt, f ι:

setzt. Diese zusammengesetzte Sinusform gelangt über die Leitung 505 als Sollsignal auf die Aiisgangsspanmingskontrollc 502 der Fig. 3. Der Sollspannungsgenerator 504 kann auch als Spcicherkonsiruicrt sein, in welchem die Abtastwerte einer Sinuskurve fest eingespeichert sind. Diese Typen von Auslescspeicher (ROM) löschen ihre Information nach einem Auslesevorgang nicht. Der Auslesevorgan geschieht mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Die einzelnen Abtastwerte werden in dem Sollspanmingsgcncraior 504 zu einer Siniiskiirve zusamme lgesclzt. welche über Leitung 504 als Sollsignal in die Ausgangsspannung'-kontrolle 502 gelangt. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß bei einer anderen Auslesegeschwindigkeit die Abtastpunkte aus dem AuslcsespcichiT sich zu einer Sinusschwingung von anderer Frequenz zusammensetzen lassen. Der Sollspannungsgenerator 504 kann nicht nur für Sinusschwingungen, sondern auch für jede andere Wellenform, z. B. trapezförmige Schwingungen konstruiert werden. Der Sollspannungs£encrator 504 wird für die gewünschte Wellenform am Verbraucher 6 konzipiert. Das Energie-Versorgungsnetz 1 muß selbstverständlich die gleiche Wellenform haben.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Überwachungseinheit 5 anhand der Fig. 1. 2. 3 und 5 näher erläutert. Während des normalen Betriebs speist das Energieversorgungsnetz t über die Leitung 36 die Verbraucher 6. Über die Leitungen 56 und 57 empfangt die Überwachungseinheit 5 laufend Information über die Spannung und über den Strom am Ausgang der Dauerstromanlage bzw. am Eingang der Verbraucher 6. Der Sollspannunpsgenerator 504 erzeugt die gewünschte Wellenform der Spannung, welche über Leitung 505 in die Ausgangsspannungskontrolle 502 gelangt. In dieser Ausgangsspannungskontrolle 502 werden die Sollspannung aus dem Generator 504 und die Istspannung über die Leitung 56 miteinander verglichen. Über die Leitung 512a wird die Differenz der Istspannung zu einer Sollspannung in die Steuerlogik 501 gegeben. Die Steuerlogik erhält über Leitung 5125 den Istwert der Ausgangsspannung. In der Steuerlogik 501 werden die Absolutbeträge der Spannungswerte und der Änderungen dieser Spannungswerte gebildet. Wenn nun die Differenz lUausl kleiner ist als ein Schwellwert /Umax/ dann wird die Steuerlogik 501 nicht in Tätigkeit gesetzt. In die Steuerlogik 501 gelangt auch über die Leitung 57 und über die Ausgangsstromkontrolle 503, sowie über Leitung 513, das Signal für den Stromkreis laus. In dem Flußdiagramm der F i g. 5 ist dies symbolisch dargestellt.

Wenn nun die Differenz ΔΙLlmisl größer ist als der vorgegebene Grenzwert A/llmnx/, dann erfolgt der Start der Steuerlogik 501. In der Steuerlogik 501 werden über logische Verknüpfungen die drei Werte der Differenz der Ausgangsspannung Alllaus/, der Energie E = LII und des Ausgangsstroms laus miteinander in der in Fig. 5 gezeichneten Weise verknüpft. Anhand der Ergebnisse werden über die Leitungen 52, 53, 54 F i g. 3 entweder der Energieaustauscher 4 und/oder das Trennelement 3, bzw. die Ersatz-Energiequelle 2 angesteuert.

Es sei nun angenommen, daß die Differenz Δ/llmisl der Differenz zwischen der Istspannung und der Sollspannung größer sei als ein vorgegebener Schwellwcrl Δ/11/iiiixl. Da es sich um absolute Beträge handelt, spielt es in diesem Fall keine Rolle, ob die Differenz zur positiven oder zu der negativen Seite der Spannunpsliiiluwclicii iic-gi. Ls mOi Mini lici ί iiii <iiigL*ui>niiML'ii, liiiij die Differenz Al Haust kleiner als 0 sei. und die Energie I: in positiver Richtung fließt (d. h. definationsgcmäß haben wir positiven Energiefluß vom Versorgungsnetz 1 zu den Verbrauchern 6 und negativen Energiefluß von den Verbrauchern 6 zum Netz 1) und daß der Strom / größer als 0. d.h. positive MalbwelU; ist. In den Stromkreisen 518, 519, 520 werden diese Entscheidungen getroffen. Im vorliegenden angenommenen Fall wird di ;" Stromkreis 521 angesteuert, welcher als Ergebnis festhält, daß eine Erhöhung der Energie +Af: durch Erhöhung des Stroms um +J/zum Verbraucher gestartet wird. Die Steuerlogil. ΐΟΙ steuert über Leitungen 53, 54 das Trcnncicment 3 und den Energieaustauscher 4 an. Der Energieaustauscher 4 gibt aus seinem [energiespeicher 41 F ι g. 2 über die Energiekontrolle Zufuhr 43 Energie über die Leitung 36 auf die Verbraucher 6 ab. wahrend das Trennelement 3 das Versrorgungsnetz abgetrennt hat. Wenn das Trennelemcnt. wie im Zusammenhang mit den Fig. 4a und 4b noch näher beschrieben wird, aus einer Thyristor-Schaltung besteht, erfolgt die Trennung selbsttätig ohne Verwendung des Trcnnsignals von der Steucrlogik 501 über die Leitung 53 zum Trennclemeni 3. Wenn das Trennelement 3 aus anderen Schaltern besteht, muß das Signal der Leitung 53 für die Betätigung dieser Trennelemente benutzt werden. Gemäß Fig. 5 wird auch vom Stromkreis 528 über Leitung 536 ein Signal gegeben, welches den Beginn des Einschaltens des Energieaustauschers 4 über die Leitung 361 und 36 zu den Verbrauchern 6 kennzeichnet. Wenn über Leitung 56 oder 51 (Fi g. I. 3) die Steuerlogik 501 Information erhält, daß die Verringerung der Spannung sich wieder normalisiert hat. dann gibt der Stromkreis 513 ein Signal über die Leitung 515 und 516 zu den Stromkreisen 511, 514, so daß der Verbindungsaufbau der Einheiten 518, 519, 520, 529 getrennt wird und das Trennelemf nt 3 wieder das Netz 1 durchschaltet sowie die Energiekontrolle Zufuhr 43 (F i g. 2) gestoppt wird. Über Leitung 537 gelangt auf den Stromkreis 538 ein Signal. In diesem Fall soll angenommen werden, daß die Zeit t kleiner sei als eine vorgegebene obere Zeitgrenze tmax. Sollte in einem anderen Fall die Zeit / (Energie wird aus dem Energieaustauscher 4 zum Verbraucher 6 geführt) größer sein als dieser Grenzwert tmax, dann wird durch die Einheit 539 und über die Leitung 52 die Ersatz-Energiequelle 2 über Leitung 362 auf den Verbraucher geschattet, im gleichen Augenblick wird über Leitung 54 die Energiekontrolle Zufuhr 43 des Energieaustauschers (F i g. 2) abgeschaltet. Es sei nun ein weiterer Fall angenommen, in welchem das

Versorgungsnetz 1 seine Energie in positiver Richtung zu den Verbrauchern 6 liefert. Hierbei ergibt sich wieder eine unzulässige Verringerung der Istspannung gegenüber der Sollspannung, ein positiver Energiefluß, wobei diese Spannungsreduzierung während der negativen Halbwelle des Stroms für z. B. mehr als 10 bis 100 μ$εα auftrttvii soll. Gemäß F i g. 5 gibt der Stromkreis 513 ein entsprechendes Signal auf den nachfolgenden Stromkreis 514, welcher die Steuerlogik 501 (Fig. 3) startet. Über die Leitung 517 stellt der Stromkreis i18 fest, daß die Differenz Δ/Uausl kleiner als 0 ist. Der Stromkreis 519 stellt fest, daß die Energie in positiver Richtung fließt + E Der Stromkreis 520 stellt fest, daß der Strom / kleiner als 0 ist. Die Verknüpfungsschaltung 522 spricht an und gibt auf die Einheit 530 ein entsprechendes Ausgangssignal. Diese Einheit sorgt dafür, daß eine Energieerhöhung + zlEdurch Erniedrigung des Stromes von —Δι eingeieiiet wird. Ferner muß das Trenneiement 3 das Versorgungsnetz 1 trennen. Die Steuerlogik 501 gibt über die Leitungen 53 und 54 die entsprechenden Steuersignale zum Trennelement 3 uno zum Energieaustauscher 4. Über die Leitung 537 wird in der Einheit 538 gefragt, wie lange der Energieaustauscher 4 am Verbraucher 6 angeschlossen ist. Sollte die Zeit f größer sein als ein vorgegebener Grenzwert Imax, dann erfolgt über Einheit 538 die Einschaltung der Ersatz-Energiequelle 2. Dies besorgt die Steuerlogik über Leitung 52. In der Fig. 5 sind sämtliche Möglichkeiten aufgeführt, welche eintreten können. Wenn z. B. die Differ.nz Δ/Uaus/ größer ist als ein vorgegebener Grenzwert Δ/Umax (Stromkreis 513), erfolgt der Start im Stromkreis 514. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die weitere Verknüpfung von Informationen in den Einheiten 513 bis 536. Die Verknüpfungsschaltung 523 gibt ein Ausgangssignal auf die Einheit 531, wenn die Spannungsdifferenz kleiner als 0 ist (Einheit 518), die Energie £ in negativer Richtung fließt (vom Verbraucher 6 in das Verbrauchernetz 1. Einheit 519) bei positiver Stromhalbwelle (Einheit 520). In diesem Fall wäre es nicht günstig, eine Energieerhöhung + ,dEdurch Erhöhung des Laststroms um Al von Seiten des Energieaustauschers 4 zu bewirken. In diesem Fall würde man das Versorgungsnetz 1 durch das Trennelement 3 vom Verbraucher 6 abtrennen. Dies geschieht meistens nur während sehr kurzer Zeit und wegen der auf der Verbraucherseite immer vorhandenen Induktivitäten, die einen solchen negativen Energiefluß auftreten lassen. Nach einigen Millisekunden ist Zustand vorbei, so daß über die Steuerlogik 501 das Trennelement 3 wieder das Versorgungsnetz 1 auf den Verbraucher 6 schalten kann. Die Einheiten 524 und 532 der Fig.5 werden praktisch im gleichen Fall wie eben beschrieben angesteuert, nur mit dem Unterschied, daß der negative Energiefluß bei negativer Stromhalbwelle stattfindet. In diesem Fall werden die gleichen Maßnahmen ergriffen, wie eben im Zusammenhang mit den Einheiten 523 und 531 besprochen wurde. Die nächsten Einheiten 525,533 der Steuerlogik 501 werden gemäß F i g. 5 angesteuert, wenn die Differenz Δ/Uaus/ größer als 0 ist (Einheit 518), die Energie in positiver Richtung fließt bei positiver Stromhalbwelle. Dieser Fall tritt auf, wenn die Ausgangsspannung (Leitung 56 plötzlich angestiegen ist gegenüber der Sollspannung aus dem Sollspannungsgenerator 504. In diesem Fall muß gemäß Einheit 533 die Energie erniedrigt werden —ΔΕdurch entsprechende Erniedrigung des Stroms um den Betrag —ΔΙ. Außerdem muß das Trennelement 3 das Versorgungsnetz 1 ausschalten. Die nächsten Einheiten 526,534 der Fig. 5 werden angesprochen beim gleichen Fall wie eben beschrieben, nur mit dem Unterschied daß dieser Fall innerhalb der negativen Stromhalbwelle auftritt. Die Einheiten 527 und 535 der F i g. 5 sprechen an, wenn eine Spannungserhöhung stattgefunden hat (Einheit 518), die Energie in negativer Richtung vom Verbraucher 6 in das Versorgungsnetz 1 fließt (Einheit 519) bei positiver Stromhalbwelle (Einheit 520). In diesem Fall muß die Energie erniedrigt werden — ΔΕ durch

in Verringeruni: des Stroms um — Δ I, das Trennclement 3 darf nicht das Versorgungsnetz 1 trennen. Die nächsten Einheiten 528 und 536 der Steuerlogik 501 gemäß F i g. 5 sprechen an beim gleichen Fall wie eben beschrieben, jedoch nur mit dem Unterschied, daß dieser Fall bei

π negativer Stromhalbwelle eintritt.

Bei all diesen acht Fällen ist die Einheit 538 vorgesehen, welche darauf achtet, daß der Energieaustauscher 4 nur eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird. Wenn die maximale Zeit tmax überschritten wird, so übernimmt die Ersatz-Energiequelle 2 die Wirkung des Energieaustauschers 4. Die Energiequelle 2 ist eine immer in Phase mit der Spannung am Verbraucher 6 startende Energiequelle. Sie wird zur Überbrückung längerer Störungen eingeschaltet. Gemäß F i g. 5 wurde diese Einschaltung nach einer gewissen Zeit (Einheit 538) vorgenommen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die Einheit 538 nicht die Zeit zum Maßstab nimmt, sondern den Energieinhalt des Energieaustauschers 4. Wenn der Energieinhalt langsam zur Neige geht, kann die Einheit 538 der Fig. 5 die Ersatz-Energiequelle 2 einschalten.

Während des Betriebs der Ersatz-Energiequelle 2 auf die Verbraucher 6 werden die Strom- und Spannungs-Verhältnisse über die Leitungen 46,57 überwacht. Sollte

J5 sich eine Störung ergeben, die durch einen der Verbraucher 6 verursacht wird, so wird der Energieaustauscher 4 über Leitung 361 wieder auf die Verbraucher 6 geschaltet zur Behebung der genannten kurzzeitigen Störung.

Die Fig. 4a zeigt eine Ausführungsform des Trennelements, welches im wesentlichen aus einem Filter 32 und aus statischen Wechselstromschaltern besteht. Wenn Thyristoren als Schalter 31 verwendet werden, so ist meistens eine erzwungene Kummutierung bzw. eine Fremdsteuerung erforderlich. Diese Thyristoren können auch eine Eigensteuerung haben, wenn die Last an den Verbrauchern 6 nur beschränkt gegenüber Spannungen geschützt werden soll, oder Überspannungen nur selten auf dem Netz auftreten. Der Filter 32 eliminiert sämtliche Störungen, die weder durch den Energieaustauscher 4 noch durch den statischen Schalter 31 beseitigt werden könnten. Solche Störungen liegen im Bereich von 10 μ5εα Der Filter 32 besteht in seiner einfachsten Ausführung aus einem LC-Glied, dessen Dimensionierung hauptsächlich von der Geschwindigkeit des Energieaustauschers bestimmt wird.

In der Fig.4b ist zwischen Filter 32 und dem Wechselstromschalter 31 ein Überspannungsbegrenzer 33 angeordnet. Dieser Überspannungsbegrenzer 33 enthält in der Hauptsache ein Element, welches auf Überspannungen anspricht, die z. B. durch Blitzschläge induziert worden sind. Spannungsabhängige Widerstände auf der Basis von Metalloxyd mit einer Ansprechzeit von einer Mikrosekunde und mehreren hundert Joules Energieaufnahme sind heute allgemein erhältlich. Bei besonders stark dimensionierten Energieaustauschern 4 kann der Wechselstromschalter 31 im Trennelement 3 weggelassen werden. Damit fallen die Verluste auf

diesen Halbleitern fort.

Wie bereits mehrmals erwähnt worden ist, sind die Verluste des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 während des normalen Betriebs, d. h. das normale Stromversorgungsnetz t arbeitet auf die Verbraucher 6, sehr klein. Während dem Betrieb der Vorrichtung der Fig. 1 mit eingeschalteter Ersatz-Energiequelle 2 erhöhen sich die Verluste um ein Mehrfaches. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die genannten, hohen Verluste bei der Erfindung nur in der Zeit auftreten können, in welcher die Ersatz-Energiequelle 2 auf die Verbraucher 6 arbeitet. Im Gegensatz hierzu entstehen diese hohen Verluste bei den bekannten Dauerstromversorgungsanlagen nicht nur im Notbetrieb, d. h. bei gestörtem, normalem Stromversorgungsnetz, sondern auch im normalen Betrieb, d. h. wenn das normale Stromversorgungsnetz 1 keine Störungen aufweist. Bei diesen Verlusten handelt es sich bekanntlich um wärme, welche durch Ventilationsanlagen bzw. Kühlanlagen abgeführt wird. Die Verlustwärme muß bei den bekannten Dauerstromversorgungsanlagen immer abgeführt werden. Die Kühlanlagen bzw. die Ventilationsanlagen werden entsprechend dem dauernden Anfall hoher Verlustwärme- groß dimensioniert. Bei der Frfindung ist die Kühlanlage bzw. Ventilationsanlage wesentlich kleiner dimensioniert, da sie während des normalen Betriebs nur sehr kleine Wärmeverluste aufweist. Die im kurzzeitigen Notbetieb (bei abgetrenntem Versorgungsnetz 1) auftretenden hohen Wärmeverluste werden entweder durch kurzzeitige Überlastbarkeit der vorhandenen, aber klein dimensionierten Ventilationsanlagen bzw. Kühlanlagen abgeführt oder

in in einen Wärmespeicher temporär gespeichert. Der Wärmespeicher, der als Speichermedium Wasser oder andere Flüssigkeiten mit hoher Wärmekapazität verwendet, speichert die hohen Wärmeverluste während des kurzzeitigen Betriebs aus der Ersatz-Energiequelle

2. Diese Wärme kann über längere Zeit durch die vorhandene Ventilationsanlage bzw. Kühlanlage abgeführt werden. Die Wärme kann auch auf andere Art und Weise aus dem Speicher abgeführt werden wie z. B., durch Austausch der eigentlichen Kühlflüssigkeit insbesondere des Wassers. Wegen der klein dimensionierten Kühlanlage bzw. Ventilationsanlage verringern sich die Investitionskosten der gesamten Dauerstromversorgungsanlage um ein Beträchtliches.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen Versorgung mindestens eines Verbrauchers mii elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetz, das über ein Trennorgan mit dem Verbraucher und einem zu diesem parallel liegenden, einen Energiespeicher enthaltenden Energieaustauscher verbunden ist, sowie mit einer Überwachungseinheit, die die Verbraucherspannung und den Verbraucherstrom mißt und den Energieaustauscher steuert, d a durch gekennzeichnet, daß der Energieaustauscher (4) von der Überwachungseinheit (5) steuerbare Schaltmittel (42, 43) enthält, und daß die Überwachungseinheit (5) einen Sollspannungsgenerator (504) und eine deren Spannung mit der Verbraucherspannung vergleichende Schaltung (502) umfaßt und in Abhängigkeit von dem Vergleichsernebnis das Trennorgan steuert und den Energiespeicher über die Schaitmiuei (42,43) an den Verbraucher an- oder abschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (5) bei Unterspannung des Versorgungsnetzes und nach Ablauf einer vorgegebenen Zei! eine Ersatzenergiequelle (2) auf den Verbraucher aufschaltet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollspannungsgenerator (504) die Zeitfunktion der Sollspannung liefert.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) eine Sieuerlogik (501) enthält, die Logikschaltungen (518 bis 520) umfaßt, die den logischen Zustand der Verbraucherspannung, des Verbraticherstromes und der Energieflußrichtung ermitteln und an logische Verknüfpungsglieder (521 bis 528) weitergeben, die als Ausgangssignale Steuersignale zumindest für das Trennorgan (3) und die Schaltmittel (42, 43) des Energicauslauschers (4) liefern.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennorgan (3) aus einem Filter (32) und einem Wechselstromschalter (31) besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennorgan (3) einen Überspannungsbegrenzer (32) enthält.