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2.1 Allgemeines
Die EVU verteilen die zur Verfügung stehende elektrische Energie an die Verbraucher. Der Verlauf der Tageskurve paßt sich im wesentlichen dem Rhythmus des menschlichen Lebens an, so daa einer oder mehreren Verbraucherspitzen am Tag ein Abnahmetal während der Nacht gegenübersteht. Da die elektrische Energie zumindest in der hauptsächlich verwendeten Form nicht gespeichert werden kann, können die zur Bereitstellung der Tagesspitzen in den Morgen- und Abendstunden notwendigen Stromerzeugungsanlagen während der Nachtstunden nicht ausgenützt werden. Die EVU sind aber an einer weitgehenden Ausnützung ihrer Anlagen interessiert, so daa Maßnahmen zu treffen waren, die diesen besseren Lastausgleich ermöglichten.
Eine dieser Maßnahmen war tarifpolitischer Art. Durch tarifliche Begünstigungen in den Schwachlastzeiten sollte erreicht werden, daa geeignete Verbraucher während dieser Schwachlastperioden betrieben werden. Hierzu gehören Betriebe, die auch während der Nachtstunden arbeiten (Doppeltarifzähler), Heißwasserspeicher, Speicherheizungen in Haushalt, Büro und Schule, Futterdämpfer in der Landwirtschaft usw. Alle diese Verbraucher wurden überwiegend mit Schaltuhren ein- und ausgeschaltet.
Daneben gibt es aber auch Verbraucher, die ohne weiteres während der Lastspitzen teilweise oder ganz gesperrt werden können. Diese Verbraucher müssen allerdings ferngesteuert sein. Hier bietet die Rundsteueranlage die Möglichkeit, Steuerbefehle an die Verbraucher zu geben, die der Lastverteilung Rechnung tragen. Auch anstelle der Schaltuhren wird die Rundsteueranlage eingesetzt man erspart dadurch die kostspielige Wartung der Uhren, die durch deren unvermeidbare Gangungenauigkeit notwendig wird.
Bild 2.1 Auslastung ohne (a) und mit (b)
Rundsteueranlage
Außerdem kann die Rundsteueranlage unter bestimmten Umständen auch zur Alarmierung von Personen oder Personengruppen (z.B. Feuerwehr) eingesetzt werden.
2.2 Grundlagen der Rundsteuerung
Die Rundsteueranlage dient zur Fernsteuerung von Letztverbrauchern durch das EVU. Als Übertragungsweg wird das 50 Hz-Netz verwendet. Die Übertragung erfolgt durch Impulsfolgen im Bereich von 167 - ca. 2000 Hz mit einer Amplitude von 2 - 8% der 50 Hz-Spannung. Die Tonfrequenz wird zur Übertragung nach einem Code ein- und ausgeschaltet, wodurch ein \"Telegramm\" entsteht, das einen Verbraucher ein- oder ausschaltet.
Die Wahl der Tonfrequenz ist stark vom Netz abhängig. Die VDEW (Verein deutscher E-Werke) empfiehlt für Netze mit großer Ausdehnung und mehreren Spannungsebenen Frequenzen unter 250 Hz und für Netze begrenzter Ausdehnung Frequenzen über 250 Hz.
2.2.1 Sendeanlage
Die Sendeanlage besteht aus einer Steuerung (heute meist ein Computer), einem Steuergerät, einem Frequenzumformer und einer Ankoppelung.
Bild 2.2 Sendeanlage
Als Tonfrequenzgeneratoren wurden früher Mittelfrequenzgeneratoren mit Synchron- oder Asynchronmotorantrieb verwendet, heute werden praktisch nur mehr statische Umrichter mit Thyristoren verwendet. Ein Umrichter formt einen Wechselstrom bestimmter Spannung und Frequenz in einen Wechselstrom anderer Spannung und Frequenz um. Die Umrichter arbeiten fast ausschließlich mit Gleichstromzwischenkreis, d.h. der vorgegebene Wechselstrom wird zuerst gleichgerichtet und geglättet. Anschließend formt eine Thyristorschaltung aus dem so erhaltenen Gleichstrom den gewünschten Wechselstrom.
Der Sender mua mit dem 50 Hz-Netz über Koppelglieder verbunden werden. Durch die Koppelglieder erfolgt die Anpassung des Tonfrequenzerzeugers an das Netz. Es haben sich zwei Arten der Ankoppelung eingebürgert: die Serieneinspeisung und die Paralleleinspeisung. Welche der beiden Ankoppelungsarten verwendet wird, hängt von der verwendeten Frequenz, vom Netzaufbau und vom dynamischen Verhalten der Bauteile bei Schalthandlungen ab. Ganz allgemein kann gesagt werden, daa zwischen dem auszusteuernden und dem nichtauszusteuernden Netzteil unterschieden werden muß. Hat der nichtauszusteuernde Netzteil für die Tonfrequenz eine kleine Impedanz, so wird die Serieneinspeisung, bei hoher Impedanz die Paralleleinspeisung bevorzugt. Da die Frequenz in die Impedanz eingeht, kann gesagt werden, daa für niedere Frequenzen eher Serieneinspeisung und für höhere Frequenzen eher die Paralleleinspeisung verwendet wird, wobei aber bei manchen Firmen die Tendenz dazu geht, nur Paralleleinspeisung zu verwenden.
2.2.1.1 Serieneinspeisung
Bei der Serieneinspeisung (auch Reiheneinspeisung genannt) wird die Tonfrequenzspannungsquelle in Serie mit der 50 Hz-Spannungsquelle geschaltet. Die Serieneinspeisung hat die Aufgabe, die Rundsteuerenergien in das Netz einzuspeisen, ohne daa dieses die Funktion des Tonfrequenzgenerators durch strom- oder spannungsmäßige Rückwirkungen beeinträchtigt. Als Trennstelle zwischen der Nieder- und Hochspannungsseite der Anlagen mua sie die notwendige Isolationssicherheit bieten.
Bild 2.3 Serieneinspeisung
Der stromwandlerähnliche Transformator UT wird hochspannungsseitig in den 50 Hz-Leitungszug eingebaut. Er ist niederspannungsseitig durch eine Kondensatorbatterie Cp kompensiert und bildet mit dieser zusammen einen Parallelschwingkreis, der auf die Steuerfrequenz abgestimmt ist. Ein Serienresonanzkreis CS/LS sperrt die Rückwirkungen des Netzes auf den Tonfrequenzgenerator. Nur die Hochspannungswicklung wird von 50 Hz-Strom durchflossen, so daa nur kleine 50 Hz-Verluste entstehen.
Bild 2.4 Ersatzschaltbild der Serieneinspeisung
U2 TF - Ausgangsspannung
UN TF - Spannung über zu steuerndem Netz
UR TF - Spannung über Rückschluß
Da bei der Serienanspeisung der gesammte Tonfrequenzstrom über den Rückschlua fließt, sollte dessen Impedanz möglichst niedrig sein, um den entsprechenden Spannungsabfall klein zu halten. Wegen der Tonfrequenzabhähgigkeit der normalerweise induktiven Rückschlußimpedanz kann diese Bedingung umso besser erfüllt werden, je niedriger die verwendete Sendefrequenz ist.
2.2.1.2 Paralleleinspeisung
Die Paralleleinspeisung hat prinzipiell die gleichen Aufgaben wie die Serieneinspeisung, nur ist hierbei die Tonfrequenzspannungsquelle parallel zur 50 Hz-Spannungsquelle geschaltet.
Bild 2.5 Paralleleinspeisung, Grundform
Hierbei übernimmt ein auf die Sendefrequenz abgestimmter Serienresonanzkreis (LH/CH) die Durchlaßfunktion und ein Isoliertransformator (IT) die Potentialtrennung. Um eine Saugkreiswirkung zu erreichen, mua die Ankopplung in den Sendepausen niederspannungsseitig kurzgeschlossen werden. Die Ausgangsspannung U2 weist ein Maximum bei der Resonanzfrequenz auf.
Bild 2.6 lose Paralleleinspeisung
Sie entspricht einem zweikreisigen, magnetisch gekoppelten Bandfilter, bei welchen beide Resonanzkreise (Primärkreis C1/L1 und Sekundärkreis C2/L2) als Serienkreise ausgebildet sind und der Kopplungstransformator (KT) zugleich als Isoliertransformator dient. Bei dieser Ankoppelung sind die Niederspannungskreise sehr gut von Hochspannungsnetz abgeschirmt, und der auf die Sendefrequenz abgestimmte Hochspannungskreis erfüllt in den Sendepausen die Funktion eines Saugkreises.
Ursprünglich für den Betrieb mit rotierenden Umformergruppen entwickelt, hat sich die lose Parallelankoppelung aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften als technisch und wirtschaftlich optimale Lösung der Aufgabe erwiesen, die von statischen Frequenzumformern erzeugte Tonfrequenz in ein Energieversorgungsnetz einzuspeisen.
Bild 2.7 Ersatzschaltbild der Paralleleinspeisung
I2 TF-Ausgangsstrom
IN TF-Strom im zu steuernden Netz
IR TF-Strom im Rückschluß
Der Tonfrequenzstrom I2, der über die Paralleleinspeisung in das zu steuernde Netz eingespeist wird, fließt zu einem gewissen Teil auch in den Rückschluß; dieser besteht aus den speisenden Transformatoren und dem übergeordneten Netz. Die Dimensionierung der Sendeanlage mua die Impedanzen des zu steuernden Netzes und des Rückschlusses berücksichtigen. Diese Impedanzen sind der Sendeanlage parallel geschaltet (Bild 2.7).
2.2.2 Die Empfangsanlage
Ein Rundsteuerempfänger mua alle von der Zentrale als Impuls vermittelte Schaltbefehle auswerten und nur die an ihn gerichteten ausführen. Er soll weitgehend unempfindlich sein gegen Überspannungen, Störspannungen, Netzoberschwingungen sowie Temperaturschwankungen.
Bild 2.8 Empfänger
Funktionell gliedert sich der Rundsteuerempfänger in Eingangsteil, Auswerteteil und Ausgangsteil. Im Eingangsteil wird aus der angelegten Netzspannung die Rundsteuerfrequenz meist mit aktiven Filtern herausgefiltert und verstärkt. Mit den Startimpuls beginnt im Auswerteteil ein Decodierzyklus, bei dem die empfangene Impulsfolge mit den im Empfänger programmierten Impulsmustern (Befehlswörter) verglichen wird. Bei Übereinstimmung schalten die betreffenden Befehlsrelais im Ausgangsteil ihre Steuerobjekte ein oder aus.
Die Decodierung kann entweder elektromechanisch, elektronisch oder mittels uP erfolgen. Bei erstgenannten Typen erfolgt die \"Programmierung\" mit Steckern und Kippschaltern; in uP-gesteuerten Systemen durch PROM\'s.
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