DE959744C - Einrichtung zur UEberwachung eines mittleren Leistungsfaktors einer elektrischen Anlage - Google Patents

Description

Einrichtungen, die darüber wachen, daß das Verhältnis der in einer bestimmten Zeit einem elektrischen Netz entnommenen Blindarbeit zu der im gleichen Zeitraum entnommenen Wirkarbeit konstant bleibt oder sich nicht unter oder über einen gewissen festgelegten Betrag ändert, sind bekannt.

Diese Einrichtungen· gehen davon aus, die Blind^u arbeit dauernd gleich Null zu halten, und versuchen, die Lösung der eigentlichen Aufgabe sodann dadurch zu erreichen, daß das die Blindarbeit messende Gerät an eine Spannung gelegt wird, die gegen die Netzspannung um einen gewissen Winkel phasenverschoben ist.

Die Lösung der primären Aufgabe (Nullhaltung der Blindarbeit) geschieht durch Zuschaltung von Kondensatoren, die nach Entnahme einer gewissen induktiven Blindarbeit erfolgt. Die Kondensatoren werden wieder abgeschaltet, sobald die durch Erreichung des Sollzustandes (Blindarbeit = Null) erforderliche kapazitive Blindarbeit dem Netz entnommen worden ist.

Die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art haben folgende Nachteile:

1. Es muß die Voraussetzung erfüllt sein, daß der Blindzähler des Werkes gegen Rückwärtslauf nicht gesperrt ist, eine Voraussetzung, die keineswegs immer erfüllt ist.

2. Selbst wenn die eben genannte Voraussetzung erfüllt ist, bedeutet die Tatsache einen, grundsätzlichen und wesentlichen Nachteil, daß immer erst

eine bestimmte induktive Blindarbeit verbraucht sein muß, bevor die Einrichtung den Verbrauch kapazitiver Blindarbeit zur Kompensation· der bereits verbrauchten, induktiven Blindarbeit einleitet. Diese Einrichtungen, sind also nicht imstande, Änderungen sofort oder auch nur praktisch sofort entgegenzuwirken. ·

3. Die Drehung der Netzspannung um einen bestimmten Winkel erfordert ein eigenes Gerät, also zusätzliche Kosten. Sie ist ein ausgesprochener Notbehelf. Die von dem Gerät gemessene Blindarbeit ist nur in Ausnahmefällen' identisch mit der tatsächlich aus dem Netz entnommenen Blindarbeit. Das zeigt eine einfache Rechnung oder Dia,-grammbetrachtung.

Die Nachteile zusammenfassend kann also gesagt werden: Einrichtungen dieser Art lösen die eigentliche Aufgabe nicht, sie versuchen sie obendrein nur auf Umwegen zu lösen.

Gegenstand der Erfindung ist ein© Einrichtung, die die genannten; Nachteile nicht besitzt, die also die Konstanthaltung eines bestimmten Verhältnisses von Blind- und Wirkarbeit unmittelbar sicherstellt. Nach der Erfindung wird von einem normalen Wirkarbeitszähler α und einem normalen Blindarbeitszähler b je ein. Schleifring gedreht, und zwar so, daß die Übersetzung von der Welle des Zählers zur Welle des Schleifrings (z. B. über ein Schneckengetriebe) bei beiden Zählern je nach der konstant zu haltenden Phasenverschiebung verschieden ist.

Entspricht beispielsweise bei beiden Zählern

ι kWh die gleiche Anzahl Umdrehungen; der Scheibe, wobei normale Bauart angenommen ist, so ist beispielsweise bei konstant zu haltendem

tg φ = — die Übersetzung von Scheibenwelle zu

Schleifringwelle r : % beim Wirkzähler, 1:2η beim Blindzähler, so daß bei

Scheibendrehzahl des Wirkzählers _ 2 Scheibendrehzahl des Blindzählers 1

der Blindschleifring bei tg φ = — die gleiche Winkelgeschwindigkeit besitzt wie der Wirkschleifring. Allgemein: Bei konstant zu haltendem tg<p = — ist ü_w = τ : η und ü_B = 1 : (α· · η), wenn ü_w die Übersetzung — beim Wirkzähler bedeutet, üg die *= Schleifring ^D

beim Blindzähler. Die Drehgeschwindigkeit der Schleifringe wird zweckmäßig sehr gering gehalten. Beispielsweise wird die Übersetzung so gewählt, daß die Ringe ähnlich wie der Minuten- oder Stundenzeiger einer Uhr umlaufen, je nach der gewünschten Empfindlichkeit der Regelung.

Nach der Erfindung wird der eine Schleifring c vollständig aus elektrisch leitendem Werkstoff hergestellt, der andere, d, aber aus vier Segmenten, von denen zwei aus elektrisch leitendem Material e und /, die übrigen zwei aus nichtleitendem Material f und /' hergestellt sind. Die nichtleitenden Segmente / und f haben gegenüber den leitenden eine sehr kleine Länge. Sie sind im folgenden Isoliersegmente genannt. Der abwechselnd aus leitendem und nichtleitendem Werkstoff hergestellte Schleifring d ist im folgenden als »geteilter Schleifring« bezeichnet.

Erfindungsgemäß schleift auf dem ungeteilten Schleifring c eine feste Bürste g, die mit einem Pol P einer Gleichstromquelle verbunden ist, während der andere Pol N fest mit den beiden nachstehend genannten Motoren W₁ und W₂ verbunden ist. Auf dem geteilten Schleifring d schleifen zwei um i8o° versetzte feste Bürsten h und Ή, von denen die eine zum Anker eines Gleichstrommotors W₁ einer Drehrichtung, die andere zu einem anderen Gleichstrommotor W₂ der anderen Drehrichtung führt¹. Diese Motoren treiben — über eine große Übersetzung ins Langsame — entweder Drehkondensatoren an, oder eine Schaltwalze, mit deren Hilfe Kondensatoren ab- und zugeschaltet werden,. Der ungeteilte Schleifring c steht mittels einer mit ihm umlaufenden Bürste k in mechanischer Verbindung mit dem geteilten Schleifring d.

Im Sollzustand stehen, beide Schleifringe c und. d relativ zueinander still, und die mit dem ungeteilten Schleifring c umlaufende Bürste k befindet sich dann, dauernd auf einem der Isoliersegmente/ oder f. Die Gleichstrommotoren W₁ und W₂ sind nicht eingeschaltet: Nennt man· die beiden. Motoren Vorwärtsmotor W₁ und Rückwärtsmotor W₂, so würde nach einer halben Umdrehung des geteilten Schleifringes beispielsweise der Vorwärtsmotor eingeschaltet sein, wenn der Rückwärts motor eingeschaltet sein müßte, und umgekehrt. Erfindungsgemäß wird deshalb durch einen mechanisch betätigten Umschalter dafür gesorgt, daß die Anschlüsse beider Motoren nach je einer halben Umdrehung — einer halben Umdrehung des Schleifringes d nicht relativ zum Ring c, sondern absolut vertauscht werden.

. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt:

Im Sollzustand stehen beide Schleifringe relativ zueinander still, Vorwärts- und Rückwärtsmotor sind nicht eingeschaltet, Kondensatoren sind nicht eingeschaltet.

Wird die auf die Wirkarbeit bezogene Blindrarbeit größer als der geforderte tg ψ (das Verhältnis ist dimensionslos), so läuft die mit dem ungeteilten Wirkschleif ring c umlaufende Bürste k (Wirkschleifring bedeutet den vom Wirkzähler angetriebenen Schleifring) gegen den anderen Schleifring d nach, sie verläßt das Isoliersegment uni schaltet einen der beiden Gleichstrommotoren — er sei Vorwärtsmotor W₁ genannt — ein; der Motor schaltet stetig oder unstetig Kapazität zu, worauf die Bürste sich wieder auf das Isoliersegment zurückbegibt und den Motor wieder abschaltet. Ver- iao schwindet der Zuwachs an induktiver Blindarbeit, der die Nacheilung der Bürste bewirkt hatte, wieder, so ist die bezogene Blindarbeit kleiner als der tg φ, und die Bürste eilt vor und schaltet den Rückwärtsmotor W₂ ein, der die Kapazität wieder stetig oder unstetig wegnimmt.

Da in jedem Falle die eindeutige Tendenz besteht, daß die Bürste sich auf einem Isoliersegment, z. B. f, befindet — sie strebt von beiden Seiten immer wieder dieser Lage zu —, so kann immer nur eine sehr kleine Restabweichung vom geforderten tg φ bestehen. Der theoretisch denkbare Fall — relative Voreilung oder Nacheilung eines Schleifringes gegen den anderen tun mehr als i8o° — kann also praktisch kaum vorkommen. Die Trägheit bzw. die Empfindlichkeit der Einrichtung hängt von den Übersetzungen von den Wellen der Zahler zu den Wellen der Schleifringe und von der Breite des Isoliersegmentes ab. Je breiter dieses ist, desto weniger häufig wird Kapazität zu- und abgeschaltet und desto größer ist die Restabweichung vom Sollwert. Ob man. die gesamte Kapazität, die je nach dem Fall maximal erforderlich sein kann, mehr oder weniger fein unterteilt, ob man Kapazität stetig oder unstetig zuschaltet, sind reine Betriebs- und Kostenfragen, die mit der Erfindung selbst nichts zu tun haben.

Da es möglich ist, daß auch ohne Kondensatoren die bezogene induktive Blindarbeit geringer wird als der Sollwert, könnte einer der Motoren. (Vorwärts- bzw. Rückwärtsmotor) im Sinne einer Ka,-pazitätsabschaltung laufen, ohne daß Kondensatoren da wären, die abgeschaltet werden könnten, oder — bei Verwendung eines Drehkondensators ■— ohne daß der Drehkondensator auf kleinere Kapazität gebracht werden könnte, weil er ja in diesem Falle bereits auf Null steht. Für diesen, Fall wäre ein Endausschalter für den betreffenden Motor vorzusehen. Da die Verwendung eines solchen Endausschalters in einem solchen Falle eine technische Selbstverständlichkeit darstellt, ist auf einen Unteranspruch hierfür verzichtet. Das gleiche gilt für die Frage, die Motoren durch einen einzigen, zu ersetzen und die wechselweise Schaltung für Vorwärts- und Rückwärtslauf in bekannter Weise schaltungstechnisch sicherzustellen.

Dies gilt jedoch nicht für den Gedanken, Wirk- und Blindarbeitszähler, die die beiden Schleifringe anzutreiben haben, zu ersetzen durch ein einziges Gerät, das durch Umschaltung der Spannungsspule einmal zu einem Wirk- und einmal zu einem Blindarbeitszähler gemacht werden, kann, wobei diese Umschaltung laufend in kürzesten Zwischenräumen; zu geschehen hat, also durch einen Motor, der die diese Umschaltung vollziehende Schaltwalze dauernd antreibt. Eine solche Einrichtung würde zwar hinsichtlich der Güte der Regelung etwas schlechter sein, hinsichtlich des Gesamtpreises sich jedoch möglicherweise günstiger stellen können und bei geringeren Ansprüchen, an die Güte des Reglers vorteilhafter sein können.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung eines mittleren Leistungsfaktors (cos 95) einer elektrischen So Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirkarbeitszähler bzw. ein Blindarbeitszähler einen geteilten Schleifring und ein Blindarbeitszähler bzw. ein Wirkarbeitszähler einen ungeteilten Schleifring antreibt, wobei das Verhältnis der Zählerwellendrehzahlen = tg φ bzw. dessen Kehrwert ist und der Blindschleifring die gleiche Winkelgeschwindigkeit besitzt wie der Wirkschleifring und wobei ferner der ung teilte Schleifring durch eine mit ihm um- 7® laufende Bürste mit dem geteilten Schleifring in dauernder mechanischer Verbindung steht, so daß bei Bestehen des Sollzustandes die Bürste auf dem Isoliersegment des geteilten Ringes steht, bei Abweichung vom Sollzustand jedoch über eines der leitenden Segmente des geteilten Ringes einen elektrischen Stromkreis richtungsgebunden so schließt, daß einmal Ka,-pazität zugeschaltet und einmal Kapazität abgeschaltet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der beiden Zähler für Wirk- und Blindarbeit nur ein einziger Zähler verwendet wird, der durch eine dauernd umlaufende Schaltwalze in kürzesten Zeitabständen laufend umgeschaltet wird von Wirkarbeitsmessung auf Blindarbeitsmessung und zurück.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 694620.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609618/367 9.56 (609835 3.57)