AT393765B

AT393765B - Filteranordnung

Info

Publication number: AT393765B
Application number: AT278989A
Authority: AT
Inventors: Guenter Dipl Ing Dr Moraw; Walter Ing Richter; Gerhard Dipl Ing Dr Titscher
Original assignee: Elin Energieversorgung
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1991-12-10
Also published as: ATA278989A

Description

AT 393 765 B

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung zur Filterung und Bedämpfung von Oberschwingungen oder höherfrequenten Schwingungspaketen und zur Verschiebung von Resonanzstellen in elektrischen Netzen.

In elektrischen Netzen können niederfrequente Oberschwingungen, die beispielsweise bei Lastabwürfen durch Transformatorsättigung entstehen, im Zusammenhang mit Resonanzstellen zu bedeutenden Überspannungen und 5 Spannungsveizerrungen führen, die gegenüber dem normalen Netzbetrieb empfindliche Störungen darstellen.

Die Beschaffenheit des Wechselstromsystems spielt bezüglich des Auftretens dieser Störungen nur eine geringe Rolle. Das bedeutet, daß die Störungen durch einen speziellen Aufbau des Wechselstromsystems nicht verhindert weiden können.

Die DE-OS 35 39 950 befaßt sich mit einem Hochpaß einer Filteranordnung für ein mit Umrichtern 10 verbundenes Drehstromnetz. Dabei werden ein Kondensator und eine Drossel in Serie zu einer bei Hochspannung geerdeten, Mittelspannung freien Parallelschaltung aus ohmschen, induktiven und kapazitiven Schaltungselementen an das Netz angeschlossen. Die beiden Resonanzfrequenzen und Güten des Doppelhochpasses werden so abgestimmt, daß im kritischen Oberschwingungsbereich nur eine geringe Resonanzerhöhung auftreten kann.

Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Verluste durch die betriebsfrequenten Ströme in dieser 15 Anordnung vergleichsweise hoch sind, wenn die Widerstände zwecks Erzielung von rascher Dämpfung von niederfrequenten Oberschwingungen entsprechend niedrig gewählt werden.

In der EP-A-0 318 790 wird ein Hochpaß einer Filteranordnung für eine mit Stromrichtern verbundene Leitung vorgeschlagen. Es wird ein C-Glied mit einem L-Glied und einem Parallelpfad in Serie geschaltet, wobei im Parallelpfad ein L-Glied einer aus einem R-Glied und einem C-Glied bestehenden Serienschaltung parallel 20 angeordnet ist Zum Serienschaltungsteil von L-Glied und Parallelpfad ist ein weiteres R-Glied parallel angeordnet

Mit dieser Schaltung ist es ebenfalls nicht möglich, Oberschwingungen stark zu dämpfen, ohne daß dabei die durch betriebsfrequente Ströme bedingten Verluste klein bleiben.

Das Problem der Filterung von Oberschwingungen wird auch im Kapitel 200-15 unter dem Titel "Characteri-25 zation and control of harmonic overvoltages at HVDC stations", von E. V. Larsen und R. A. Walling, im anläßlich des "CigretSymposiums, veranstaltet im September 1987 in Boston, USA, publizierten Tagungsbuches (Abschnitt 2, Seite 1 bis 6) behandelt

Hierbei werden m einer ersten Schaltungsanordnung ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes C-Glied mit einem aus einem Überspannungsableiter und einem L-Glied bestehenden Parallelpfad in Serie geschaltet und 30 ein R-Glied dem Serienschaltungsteil des zweiten C-Gliedes und des L-Gliedes parallel angeordnet

Nachteilig bei dieser Schaltung ist daß damit lediglich die Oberschwingungsströme nur einer Abstimmfrequenz aus dem Netz gesaugt und dabei gedämpft werden können.

In einer zweiten Schaltung im selben Tagungsbuch wird ein erstes C-Glied mit einem Parallelpfad in Serie geschaltet welcher aus einer aus einem zweiten C-Glied und einem ersten L-Glied bestehenden Serienschaltung 35 und einer aus einem spannungsabhängigen Widerstand und einem R-Glied bestehenden Serienschaltung aufgebaut ist; dem Serienschaltungsteil der beiden C-Glieder ist ein Überspannungsableiter parallel angeordnet

Der Nachteil dieser Schaltung ist ebenfalls in der Beschränkung der Saug- und Dämpfungswirkung auf nur eine Abstimmfrequenz gegeben.

Aufgabe da- Erfindung ist es, eine Filteranordnung zu schaffen, mit welcher eine ausreichende Dämpfung für 40 zwei Atetimmfrequenzen erreichbar ist und mit der die Verluste durch betriebsfrequente Ströme auf ein Minimum beschränkt werden.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst Diese ist dadurch gekennzeichnet daß ein erstes R-Glied zu einer aus einem ersten L-Glied und einem ersten C-Glied bestehenden Serienschaltung parallel angeordnet ist und daß diese Parallelschaltung mit einem aus einem zweiten L-Glied und einem zweiten C-Glied bestehenden 45 Parallelpfad sowie mit einem dritten C-Glied in Serie geschaltet ist

Mit der Erfindung ist es zum ersten Mal möglich, bei zwei Abstimmfrequenzen Oberschwingungsströme mit Frequenzen in der Nähe einer dieser Abstimmfrequenzen sehr stark zu dämpfen und namhafte Verluste durch betriebsfrequente Ströme zu verhindern.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der aus einem ersten L-Glied und einem ersten C-Glied beste-50 henden Serienschaltung ein viertes C-Glied, an das erste C-Glied in Serie anschließend, zugeschaltet wird, und daß ein zweites R-Glied der Serienschaltung des vierten C-Gliedes und des zweiten C-Gliedes parallel geschaltet ist

Durch diese Weiterbildung tritt eine verstärkte Dämpfungswirkung der Filteranordnung ein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das erste R-Glied mit einem ersten Varistor zu 55 einer Serienschaltung erweitert ist und daß diese Serienschaltung zu der aus einem asten L-Glied, einem ersten C-Glied und einem vierten C-Glied bestehenden Serienschaltung parallel geschaltet ist

Dies ist vorteilhaft, weil dadurch bei kleinem Oberwellenanteil mittlere Dämpfungswirkung, und erst bei größeren Ausgleichsvargängen starke Dämpfungswirkung eintritt

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zweite R-Glied mit einem zweiten Varistor zu 60 einer Serienschaltung erweitert ist und daß diese Serienschaltung der Serienschaltung des vierten C-Gliedes und des zweiten C-Gliedes parallel geschaltet ist

Auch mit dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung tritt bei kleinem Oberwellenanteil mittlere Dämpfungs- -2-

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Wirkung, und bei größeren Ausgleichsvorgängen starke Dämpfungswirkung ein.

Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das zweite R-Glied mit einem zweiten Varistor zu einer Serienschaltung erweitert ist, und daß diese Serienschaltung dem vierten C-Glied und dem zweiten C-Glied parallel geschaltet ist 5 Der Vorteil dieses Merkmals besteht darin, daß damit die Schaltung bei kleinem Oberwellenanteil eine sehr steile Impedanzkennlinie mit zwei Abstimmresonanzen aufweist. Bei größerem Oberwellengehalt tritt wieder die stärkestmögliche Dämpfung auf. hi einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der aus einem ersten R-Glied und einem ersten Varistor bestehenden Serienschaltung ein drittes R-Glied parallel geschaltet 10 Damit ist es möglich, die Intensität der Dämpfung mit einem weiteren, in der Größe wählbaren, Widerstand vorzugeben, wodurch vornehmlich das Gebiet kleiner Oberwellen berücksichtigt werden kann.

Als ergänzende Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der aus einem zweiten R-Glied und einem zweiten Varistor bestehenden Serienschaltung ein viertes R-Glied parallel geschaltet ist

Auch mit dies«· Ausbildung der Erfindung ist es möglich, die Intensität der Dämpfung mit einem weiteren, 15 in der Größe wählbaren, Widerstand vorzugeben und dadurch das Gebiet kleiner Oberwellen zu berücksichtigen.

Als besonderes Merkmal der Erfindung ist der aus einem zweiten R-Glied und einem zweiten Varistor bestehenden Serienschaltung ein viertes R-Glied parallel geschaltet

Dieses Merkmal ermöglicht wiederum die Berücksichtigung kleiner Oberwellen, jedoch wird die Kennlinie in verstärktem Maß hinsichtlich der Dämpfung bei geringem Oberwellenanteil beeinflußt 20 In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Varistor durch jeweils einen

Siliziumkarbid-Überspannungsableiter ohne Funkenstrecke ersetzt

Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die Kennlinie unter Berücksichtigung spezieller Netzeigenschaften optimal angepaßt werden kann.

Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der erste und/oder der zweite Varistor durch jeweils einen 25 Siüziumkarbid-Überspannungsableiter mit Funkenstrecke ersetzt ist

Auch mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Ausbildung kann die Kennlinie in bezug auf spezifische Netzeigenschaften optimiert werden.

Als zusätzliche Weiterbildung der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Varistor durch jeweils antiparallel geschaltete Thyristoranordnungen ersetzt 30 Dabei ist vorteilhaft, daß durch die Zündung des Thyristors die Dämpfungseffekte auch nach anderen Kriterien als nur der Oberwellengiöße von außen gesteuert oder geregelt werden kämen.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß dem ersten und/oder dem zweiten Varistor jeweils eine Ansprechfunkenstrecke in Serie zugeschaltet ist

Damit ist es wiederum möglich, spezielle Eigenschaften von Netzsystemen zu berücksichtigen. 35 An Hand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 1 die einfachste Form einer erfindungsgemäßen Filteranordnung, Fig. 2 eine Filteranordnung mit verstärkter Dämpfung. In Fig. 3 ist eine Filteranordnung mit spezieller Kennlinie dargestellt, während die in Fig. 4 gezeigte Schaltung eine Optimierung sämtlicher wichtiger Kennwerte gewährleistet

Im Zusammenhang mit dem Einsatz von statischen Kompensatoren in elektrischen Netzen entsteht die 40 Notwendigkeit, die der netzfiequenten Grundschwingung dieser Netze überlagerten freien Schwingungen des Systems, die bei jedem Ausgleichsvorgang angeregt werden, so rasch zu dämpfen, daß zum Zeitpunkt in dem sich die Einzelspannungswerte aller dieser Schwingungsformen gleichsinnig zum Zeitpunkt ihres Größtwertes überlagern, die Amplituden dieser freien Schwingungen bereits stark verkleinert sind. Ähnliches gilt auch für die Magnetisierungsströme von Transformatoren, die bei größeren Überspannungen 45 oder Schaltvorgängen in den Sättigungsbereich ihrer Magnetisierungskennlinie getrieben werden. In diesen Strömen sind bei unsymmetrischer Sättigung die zweite und die dritte Harmonische ausgeprägt vorhanden und führen bei vorhandenen Netzresonanzen in der Nähe der doppelten und dreifachen Grundfrequenz des Netzes ebenfalls zu bedeutenden Überspannungen. Eine Absaugung und gleichzeitige Bedämpfung dieser Ströme bewirkt die beschleunigte Rückführung des Arbeitsbereiches der Transformatoren in den Normalarbeitsbereich. 50 Für beide genannte Vorgänge ist also der Einsatz von Filtern, die bei zwei Frequenzen einerseits Saugwirkung und anderseits starke Dämpfungswirkung haben, von Nutzen. Die Eigenschaft von solchen Filtern, für die betriebsfrequente Netzgrundschwingung sehr geringe Verluste zu besitzen, ist von großer technischer und ökonomisch«· Bedeutung.

In Fig. 1 ist die einfachste Gundform ein« erfindungsgemäßen Filteranordnung dargestellt. Dabei ist ein 55 erstes R-Glied (Ηρ2χ) zu ein« aus einem «sten L-Glied (Lp2) und einem ersten C-Glied (Cp21) bestehenden Serienschaltung parallel angeordnet. Diese Parallelschaltung ist mit einem aus einem zweiten L-Glied (Lp^) und einem zweiten C-Glied (Cp^) bestehenden Parallelpfad sowie mit einem dritten CGlied (Οχ) in Serie geschaltet.

Diese Grundform weist bereits alle charakteristischen Eigenschaften d« Erfindung auf. Es ist damit möglich, 60 bei zwei Abstimmftequenzen Oberschwingungsströme mit Frequenzen in d« Nähe ein« dies« Abstimmfrequen- zen sehr stark zu dämpfen, ohne daß namhafte Verluste durch betriebsfrequente Ströme in dieser Anordnung -3-

Claims

AT 393 765 B entstehen können. Fig. 2 stellt eine Erweiterung der Schaltung nach Fig. 1 dar. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der aus einem ersten L-Glied (Lp2) und einem ersten C-Glied (Cp2j) bestehenden Serienschaltung ein viertes C-Glied (Cp22)> an das erste C-Glied (Cp2j) in Serie anschließend, zugeschaltet. Außerdem ist ein zweites R-Glied (Rp4l) der Serienschaltung des vierten C-Gliedes (Cp22) und des zweiten C-Gliedes (Cp3) parallel geschaltet. Durch diese einfache Schaltungserweiterung mittels der Kapazität (Cp22) und der Resistanz (Κρ4χ) wird die Dämpfung da- Filteranordnung wesentlich erhöht. Fig. 3 zeigt eine Weiterentwicklung der in Fig. 2 dargestellten Schaltung. Dabei ist das erste R-Glied (Rp2i) mit einem ersten Varistor (Vp2) zu einer Serienschaltung erweitert, und diese Serienschaltung ist zu der aus einem ersten L-Glied (Lp2), einem ersten C-Glied (Cp2i) und einem vierten C-Glied (Cp22) bestehenden Serienschaltung parallel geschaltet. Zudem ist das zweite R-Glied (Rp4j) mit einem zweiten Varistor (Vp4) zu einer Serienschaltung erweitert Diese Serienschaltung ist dem vierten C-Glied (Cp22) und dem zweiten C-Glied (Cp3) parallel geschaltet Die in Fig. 3 dargestellte Filteranordnung weist eine sehr steile Impedanzkennlinie mit Impedanzminimum bei zwei Abstimmresonanzen auf. Bei größerem Oberwellengehalt tritt die stärkestmögliche Dämpfung auf. Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist - als Weiterentwicklung der Schaltung nach Fig. 3 - der aus einem rarsten R-Glied (Rp2i) und einem ersten Varistor (Vp2) bestehenden Serienschaltung ein drittes R-Glied (Rp22) parallel geschaltet Weiters ist der aus einem zweiten R-Glied (Rp4j) und einem zweiten Varistor (Vp4) bestehenden Serienschaltung ein virales R-Glied (Rp4j) parallel angeordnet. Mit Hilfe dieser Weiterentwicklung ist es möglich, kleine Oberwellen zu berücksichtigen und die Kennlinie in verstärktem Maß hinsichtlich der Dämpfung bei geringem Oberwellenanteil zu beeinflussen. Zudem tritt eine weitere Verminderung der Verluste auf. PATENTANSPRÜCHE 1. Filteranordnung zur Filterung und Bedämpfung von Oberschwingungen oder höherfirequentrai Schwingungspaketen und zur Verschiebung von Resonanzstellen in elektrischen Netzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes R-Glied (Rp2j) zu einer aus einem rasten L-Glied (Lp2) und einem ersten C-Glied (Cp2j) bestehenden Serienschaltung parallel angeordnet ist, und daß diese Parallelschaltung mit einem aus einem zweiten L-Glied (Lp3) und einem zweiten C-Glied (Cp3) bestehenden Parallelpfad sowie mit einem dritten C-Glied (Cj) in Serie geschaltet ist. (Fig. 1)
2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem rasten L-Glied (Lp2) und einem rasten C-Glied (Cp2j) bestehenden Serienschaltung ein viertes C-Glied (Cp22)> an das erste C-Glied (Cp2i> in Serie anschließend, zugeschaltet wird, und daß ein zweites R-Glied (Rp4j) der Serienschaltung des vierten C-Gliedes (Cp22) und des zweiten C-Gliedes (Cp3) parallel geschaltet ist (Fig. 2)
3. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste R-Glied (Rp2i) mit einem ersten Varistor (Vp2> zu einer Serienschaltung erweitert ist, und daß diese Serienschaltung zu der aus einem ersten L-Glied (Lp2), einem ersten C-Glied (Cp2j) und einem vierten C-Glied (Cp22) bestehenden Serienschaltung parallel geschaltet ist.
4. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite R-Glied (Rp4j) mit einem zweiten Varistor (Vp^) zu einer Sraienschaltung erweitert ist, und daß diese Serienschaltung der Serienschaltung des vierten C-Gliedes (Cp22) und des zweiten C-Gliedes (Cp3) parallel geschaltet ist
5. Filteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite R-Glied (Rp4j) mit einem zweiten Varistor (Vp4) zu einer Serienschaltung erweitert ist, und daß diese Serienschaltung dem vierten C-Glied (Cp22) und dem zweiten C-Glied (Cp3) parallel geschaltet ist (Fig. 3) -4- AT 393 765 B
6. Filteranordnung nacn Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem ersten R-Glied (Rp2i) und einem ersten Varistor (Vp2) bestehenden Serienschaltung ein drittes R-Glied (Rp22) parallel geschaltet ist
7. Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem zweiten R-Glied (Rp4j) und einem zweiten Varistor (V^) bestehenden Serienschaltung ein viertes R-Glied (Rp^) parallel geschaltet ist.
8. Filteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem zweiten R-Glied (Rp4j) 10 und einem zweiten Varistor (V^) bestehenden Serienschaltung ein viertes R-Glied (R^j) parallel geschaltet ist (Fig. 4)
9. Filteranordnung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Varistor (Vp2, Vp4) durch jeweils einen Siliziumkarbid-Überspannungsableiter ohne Funkenstrecke ersetzt ist 15
10. Filteranordnung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Varistor (Vp2, Vp^) durch jeweils einen Siliziumkarbid-Überspannungsableiter mit Funkenstrecke ersetzt ist
11. Filteranordnung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite 20 Varistor (Vp2, Vp^ durch jeweils antiparallel geschaltete Thyristoranordnungen ersetzt ist
12. Filteranordnung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem osten und/oder dem zweiten Varistor (Vp2, Vp^) jeweils eine Ansprechfunkenstrecke in Serie zugeschaltet ist 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 30 -5-